[发明专利]一种可用于去除Cr(Ⅵ)的壳聚糖/地质聚合物复合膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种可用于去除Cr(Ⅵ)的壳聚糖/地质聚合物复合膜及其制备方法，制备步骤如下：将NaOH固体加入到工业级水玻璃中，溶解后密封并置于25℃的恒温烘箱中冷却静置后备用；将偏高岭土、碱激发剂、去离子水加入分散机中分散均匀，得到地质聚合物浆料，再注浆至圆形塑料模具中，密封养护，脱模即得地质聚合物膜，将地质聚合物膜浸泡于水中清洗至水中pH值为中性，取出地质聚合物膜并干燥；配制浓度为1~4%的壳聚糖醋酸溶液，将其均匀涂覆在地质聚合物膜表面，干燥，再用去离子水冲洗，即得到成品。该聚合物复合膜对水溶液中的Cr（Ⅵ）具有较好的处理效果，相比较传统陶瓷膜、有机膜，具有原料成本低廉、制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及无机聚合物复合材料领域，尤其涉及一种可用于去除Cr(Ⅵ)的壳聚糖/地质聚合物复合膜及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，重金属离子的污染日益严重，含有重金属离子的废水大量排放，对土壤和水体造成了严重的污染。在诸多重金属离子当中，铬被认为是毒性最强的重金属之一，其主要来源是电镀、制革、染料、采矿、纺织工业、冶金行业。铬通常以铬Cr(Ⅲ)或者铬Cr(Ⅵ) 的形式存在，Cr(Ⅵ)比Cr(Ⅲ)有更大的危险性，Cr(Ⅵ)能够以CrO₄^2-或者HCrO₄^-形态通过细胞膜扩散渗入细胞内，可致癌致畸，对生态环境和人类健康构成严重的威胁。因此，针对Cr(Ⅵ) 废水的处理越来越受到重视。减少重金属的污染，一方面需要采用重金属排放量更低的生产工艺，另一方面，探究一种更合适的重金属废水处理方法也同样重要。

针对含Cr(Ⅵ)废水的处理方法主要有化学沉淀法、电化学沉淀法、吸附法、电渗析、膜过滤、反渗透和离子交换法等^[1]。其中膜过滤法由于处理效率高、能耗低、操作简单、处理量大的特点，现已广泛应用于化工、食品、医药、环境、冶炼等工业领域。在膜过滤法水处理中，膜材料的种类和性质对废水的处理效果起到关键作用。目前在膜过滤法水处理工业中使用的膜材料主要有醋酸纤维素、聚酰胺、聚偏氟乙烯、碳化硅、Pb膜、氧化锆膜等，按照其化学组成可分为有机膜和无机膜^[2-3]。有机高分子膜制膜过程简单、成膜性好、柔韧度高，但其抗污染性能差、机械强度差、不易清洗。而无机膜材料具有耐高温、机械强度大、化学稳定性好、抗微生物侵蚀等优势，在水处理工业中占有相当的比重^[4]。

从目前的研究来看，无机膜的制备主要以金属、金属氧化物、沸石和陶瓷为原料，在1000℃以上的高温下烧结得到，制备过程能耗巨大，而且对烧结的设备要求也较高^[5]。而免烧结的无机膜材料则可以解决上述问题，同时还具备无机膜材料化学稳定性好、抗微生物侵蚀、机械强度大的优点。

地质聚合物(Geopolymer)，指由硅氧四面体和铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体，具有制备工艺简单、免烧结、成本低廉、低碳环保和可实现固体废弃物规模化资源循环利用等优点^[6]。该材料从发明到目前为止，在诸多领域得到了广泛的应用，主要包括建筑材料、汽车、航空、电工、铸造、冶金、道路、塑料、耐火材料等。

由于地质聚合物的类分子筛结构，且具有多孔性能，许多研究者将其作为吸附剂用于水处理。Cheng^[7]研究了偏高岭土地质聚合物对Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺四种重金属离子的吸附性能，其对四种离子的吸附量分别为100.00mg/g、54.54mg/g、75.74mg/g、10.15mg/g。通过对吸附过程进行动力学和热力学研究发现，吸附过程为化学吸附和单分子层吸附。Lin^[8]以氢氧化钠和粉煤灰为原料，采用碱熔法合成了一种地质聚合物吸附剂，并研究了地质聚合物对亚甲基蓝和结晶紫的吸附性能，研究发现地质聚合物对两者物质均具有不同程度的吸附能力。由此可见，地质聚合物材料用于水处理领域具有一定的可行性。