[发明专利]一种可截留重金属离子的聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种可截留重金属离子的聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的制备方法。制备步骤（1）准备铸膜原料并共混均匀；（2）高温熔融混合；（3）挤出；（4）快速固化成型；（5）萃取除稀释剂。本发明利用热致相分离制膜法的高温高剪切分散，以及极速冷却固化成型的特点，一次性将纳米凹凸棒土或改性凹凸棒土以10~50μm的团聚体的形式分散并固定在超滤膜基体内，对重金属离子有优良的截留能力。本发明生产工艺简单，成品具备大通量、高效截留重金属离子的性能，膜强度好，不易损坏，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及一种可截留重金属离子的聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤技术是常用的水处理膜技术之一，其主要机理为筛分，它是通过膜截留比自身孔径大或相当的微小颗粒杂质，如沙粒、尘土、铁锈、胶体、微生物等。PVDF作为一种热塑性半结晶聚合物，具有耐溶剂、耐氧化、耐酸碱、抗紫外线、耐老化和耐候等特性，且材料本身无毒害，符合FDA安全认证，是公认的性能优异的水处理膜材料。中空纤维膜可提高单位面积的装填密度，有助于高通量的实现，同时在线药洗容易，方便膜的清洗，是超滤膜形态的首选。

已广泛应用于饮用水处理的PVDF中空纤维超滤膜能将水中的浊度降至0.1NTU以下；可少用甚至不用混凝剂；能去除几乎全部致病微生物；减少消毒剂用量,提高水的化学安全性。现有超滤膜无法单独处理水体中的重金属离子，成为饮用水处理的安全隐患，特别是现在电子产业高度发达，与电子产品配套的电镀、电解工业，以及金属冶炼等工业产生了大量的含有铅、铜、镉、铬、汞等重金属离子的废水。重金属离子污染问题不容忽视。

传统的重金属离子处理方法包括化学沉淀法、氧化还原法、吸附法、溶剂萃取法等。而膜技术中通过反渗透技术、纳滤技术、电渗析技术也能够对重金属离子进行有效的处理。但在饮用水处理工艺流程中，配备这些专门处理工艺流程，需要更多的占地面积，土建成本、设备投资成本与维护成本都会相应增加。因此，如果能够在超滤膜的基础上，集成或耦合一种重金属处理技术，简化水处理流程，提高水处理效果，将具有重大的现实应用意义。近年来，纳米金属氧化物、碳纳米管、多孔石墨烯等新型纳米吸附材料受到了研究者的极大关注。与传统吸附材料相比，纳米吸附材料具有比表面积高、颗粒扩散距离短、活性吸附位点多、孔结构和表面性质易于调控等优点，可得到很高的单位比表面吸附容量。因此将纳米吸附技术和超滤膜分离技术耦合，成为了改善超滤膜金属截留能力的新方向。

授权公告号为CN102527261B的发明专利公开了一种重金属离子吸附型中空纤维膜，该超滤膜在传统的非溶剂致相分离（Nonsolvent Induce Phase Separation，NIPS）制膜法的基础上，用搅拌以及超声波震动，把占PVDF超滤重量1~10wt%的纳米凹凸棒土均匀分散到PVDF纺丝料液中，然后通过喷丝头板挤出形成中空纤维膜。得到的改性PVDF中空纤维膜，在含重金属离子的废水中浸泡1小时后，对铅、镉、镍、钼等重金属有约20%的吸附率。但是，此方法存在三点缺陷：1、由于担心会破坏超滤膜的结构，共混的纳滤吸附材料重量不超过超膜总重量的10wt%，膜材料的吸附位点随之减少，降低了吸附效率；2、由于NIPS法的溶剂是水溶性的，在非溶剂交换成膜的过程中，溶剂被水从铸膜液中交换析出的时候，分散在铸膜液的凹凸棒土也会随着溶剂大量流失，留在超滤膜内的凹凸棒土的量将少于超膜总重量的10wt%，这进一步降低了超滤膜对重金属离子的吸附性能；3、该专利过分强调凹凸棒土在膜中的分散性，使得膜基体材料严密包裹纳米吸附材料，吸附材料表面吸附位点失去作用，降低吸附性能。综上所述，该专利超滤膜无法快速截留重金属离子，只能通过延长浸泡时间才能实现对重金属离子的少量吸附，无法发挥超滤膜自身的过滤、截留的水处理属性。