申请日2018.02.26
公开(公告)日2018.07.31
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法。所述复合塑料膜由以下步骤制得：a、将磷石膏晶须、沸石粉、粉煤灰及表面活性剂加入水中混合均匀，制得浆料;b、将浆料通过喷雾造粒成型制得颗粒;c、将颗粒进行氨水蒸汽养护制得高强度的吸附颗粒;d、将吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，干燥后即得用于重金属污水处理的高强度丙纶复合膜。所述方法具有以下有益效果：本发明通过氨水蒸汽养护改性磷石膏晶须，所得复合塑料薄膜中吸附颗粒的强度高，不易粉化，同时耐水流冲击性好，吸附重金属离子的能力强，并且制备过程简单，原料来源广泛，易于工业化生产，非常适合应用于重金属污水理领域。
权利要求书
1.一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，其特征在于：由磷石膏晶须、沸石粉、粉煤灰、表面活性剂及水配成的浆料经喷雾造粒干燥、氨水蒸汽养护制得吸附颗粒，进一步负载于丙纶无纺布的表面而制得，具体的制备步骤为：
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，及时中和处理磷石膏晶须中的杂质，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的吸附的复合塑料膜。
2.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，其特征在于：所述磷石膏晶须的平均直径为2~4μm，长径比为40~50;所述沸石粉为方沸石粉、钙沸石粉、斜发沸石粉或钡沸石粉中的至少一种;所述粉煤灰的粒径为50~100μm，孔隙率为60~80%;所述表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，其特征在于：步骤a中，磷石膏晶须30~35重量份、沸石粉5~10重量份、粉煤灰5~10重量份、表面活性剂1~3重量份、水42~59重量份。
4.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，其特征在于：步骤a所述搅拌的速度为150~200r/min，时间为30~40min。
5.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法，其特征在于：步骤b所述喷雾造粒干燥机的出口温度为120~140℃，泵压为2~3MPa，制备的干燥颗粒的粒径为30~100μm。
6.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，其特征在于：步骤c所述氨水蒸汽养护的氨水浓度为3~4g/L，养护时的加热温度为30~35℃。
7.根据权利要求1所述一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法，其特征在于：步骤d所述热风干燥的热风流速为8~10L/s，温度为120~140℃。
8.权利要求1-7任一项所述方法制备得到的一种用于重金属污水处理的复合塑料膜。
说明书
一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法
技术领域
本发明涉及塑料膜制备领域，具体涉及用于吸附金属离子的塑料膜，尤其是涉及一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法。
背景技术
随着工业的发展，重金属污染越来越严重，重金属的废水污染通过食物链的传播将会对于环境产生深远的影响，重金属的废水污染也逐渐成为全球性的研究课题。目前，水体重金属污染修复治理采用以下两条基本途径：一是降低重金属的生物可利用性和在水体中的迁移能力;二是将重金属从受污染水体中彻底清除，主要有以下三类：化学法、物理化学法和生物法。
在重金属污水处理中，物理法中的吸附法是最常用的技术方法，主要是利用多孔性固态物质吸附水中污染物来处理废水。传统的吸附剂有活性炭、沸石、蛭石、海泡石、硅藻士、陶粒等，其中陶粒是一种较为廉价的进行废水处理的产品，现有的研究陶粒，一般是采用烧结法和免烧法来制备，但已无法适应高效环保发展的要求，特别是磷石膏产品的表面由于磷石膏本身内部的可溶性杂质含量较高，整体性能较差，因此针对吸附重金属离子的磷石膏产品的研究受到研究人员的重视。
专利申请号201410616911.7公开了一种制取重金属铬吸附剂的方法及应用，属于制取重金属吸附剂技术领域;此发明用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)改性磷石膏制取重金属铬吸附剂，具体方法为将磷石膏进行预处理，去除磷石膏中的杂质，采用去离子水洗涤，干燥研磨得到样品;将十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)添加至去离子水中得到改性液;将改性液加至磷石膏粉末中，搅拌干燥后得到吸附剂成品;此发明的方法可以改变磷石膏的表面电性，增加对重金属铬的吸附能力;实现对重金属离子复合溶液中铬离子的高度专一性吸附;操作条件简单，且吸附剂成品产率极高。
专利申请号201710932356.2公开了一种重金属离子吸附膜及其制备方法，属于复合材料技术领域。包括以下步骤：(1)利用木醋杆菌发酵生产细菌纤维素;(2)取得细菌纤维素膜并对其进行纯化处理，然后以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂将纤维素膜阳离子化;(3)将阳离子化的细菌纤维素膜和壳聚糖进行交联共混反应，制得壳聚糖-细菌纤维素复合材料。此发明制得的复合材料对重金属离子具有较好的吸附效果，能够有效去除生活污水及工业废水中的重金属离子，而且本发明可回收重复利用，在污水处理领域具有良好的应用前景。
专利申请号200710056397.6公开了一种重金属离子吸附膜及制备方法，该重金属离子吸附膜由聚乙烯醇和胺基聚合物组成,聚乙烯醇：胺基聚合物的质量比为(95∶5)~(20∶80);胺基聚合物为聚乙烯胺、聚烯丙基胺和支化聚乙烯亚胺。在聚乙烯醇水溶液中引入胺基聚合物，通过交联剂交联形成三维聚合物网络。该方法简单易行,制备过程中不使用有机溶剂。胺基的引入有效的增强了聚乙烯醇膜的水溶胀性，同时使得膜对重金属离子的吸附能力有很大的提高。
专利申请号201310285561.6公开了一种用磷石膏制备重金属吸附剂的方法，此方法包括如下步骤：(1)磷石膏的预处理;(2)磷石膏合成吸附剂;(3)重金属吸附剂的制备;(4) 重金属吸附剂处理含重金属废水。该吸附剂可高效处理被污染水体中的重金属。此法合成吸附剂具有操作简单、经济快速、合成安全性高以及环境污染小等优点，可用于处理含重金属的污水，为合理利用资源，经济快速处理含重金属污水开辟了新的发展前景。
由此可见，现有技术中用于重金属污水吸附处理的磷石膏产品的表面由于磷石膏本身内部的可溶性杂质含量较高，尤其是钠含量较高，导致表面粉化，进而降低了磷石膏产品的强度和韧性，进而导致磷石膏产品的质量较差，产品的耐候性和耐腐蚀性能较差，使用寿命较为短暂等问题。
发明内容
为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种用于重金属污水处理的复合塑料膜及制备方法，可有效提高吸附颗粒的强度，不易粉化，耐水流冲击，并且原料来源广泛，易于推广应用。
本发明的具体技术方案如下：
一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法，所述高强度复合塑料膜是由磷石膏晶须、沸石粉、粉煤灰、表面活性剂及水配成的浆料经喷雾造粒干燥、氨水蒸汽养护制得吸附颗粒，进一步负载于丙纶无纺布的表面而制得，具体的制备步骤为：
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，及时中和处理磷石膏晶须中的杂质，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
优选的，所述磷石膏晶须的平均直径为2~4μm，长径比为40~50。
优选的，所述沸石粉为方沸石粉、钙沸石粉、斜发沸石粉或钡沸石粉中的至少一种。
优选的，所述粉煤灰的粒径为50~100μm，孔隙率为60~80%。
优选的，所述表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的至少一种。
优选的，所述步骤a中，磷石膏晶须30~35重量份、沸石粉5~10重量份、粉煤灰5~10重量份、表面活性剂1~3重量份、水42~59重量份。
优选的，步骤a所述搅拌的速度为150~200r/min，时间为30~40min。
优选的，步骤b所述喷雾造粒干燥机的出口温度为120~140℃，泵压为2~3MPa，制备的干燥颗粒的粒径为30~100μm。
优选的，步骤c所述氨水蒸汽养护的氨水浓度为3~4g/L，养护时的加热温度为30~35℃。
优选的，步骤d所述热风干燥的热风流速为8~10L/s，温度为120~140℃。
本发明进一步提供由上述方法制备得到的一种用于重金属污水处理的复合塑料膜。
本发明一种用于重金属污水处理的复合塑料膜，以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合后加入适量的水，充分搅拌，得到浆料，经造粒成型成颗粒，再由氨水进行蒸汽养护得到吸附颗粒，将该吸附颗粒负载于丙纶无纺布表面，再经过热风干燥粘合处理后制得丙纶复合膜。通过氨水蒸汽养护改性磷石膏晶须，及时中和处理了磷石膏晶须中含有的杂质，提升了吸附颗粒的强度，不易粉化，耐水流冲击;进一步该方法易于工业化，原料来源广泛，非常适合应用重金属污水处理。
本发明的有益效果为：
1.提出了一种用于重金属污水处理的复合塑料膜。
2.提出了一种用于重金属污水处理的复合塑料膜的制备方法。
3.本发明通过氨水蒸汽养护改性磷石膏晶须，中和处理了磷石膏晶须中含有的杂质，显著提升了吸附颗粒的强度，可有效遏制粉化问题，同时耐水流冲击性强，吸附重金属离子的性能优异。
4.本发明制备过程简单，原料来源广泛，易于工业化生产，非常适合应用于废水处理领域。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
磷石膏晶须的平均直径为4μm，长径比为45;沸石粉为方沸石粉;粉煤灰的平均粒径为80μm，孔隙率为70%;表面活性剂为烷基葡糖苷。
步骤a中，磷石膏晶须33重量份、沸石粉7重量份、粉煤灰7重量份、表面活性剂2重量份、水51重量份。
步骤a的搅拌的速度为180r/min，时间为35min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为130℃，泵压为2MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为60μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为3g/L，养护时的加热温度为33℃;步骤d的热风干燥的热风流速为9L/s，温度为130℃，吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
实施例2
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
磷石膏晶须的平均直径为2μm，长径比为40;沸石粉为钙沸石粉;粉煤灰的平均粒径为50μm，孔隙率为60%;表面活性剂为脂肪酸甘油酯。
步骤a中，磷石膏晶须30重量份、沸石粉5重量份、粉煤灰5重量份、表面活性剂1重量份、水59重量份。
步骤a的搅拌的速度为150r/min，时间为40min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为120℃，泵压为2MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为30μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为3g/L，养护时的加热温度为30℃;步骤d的热风干燥的热风流速为8L/s，温度为140℃,吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
实施例3
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
磷石膏晶须的平均直径为4μm，长径比为50;沸石粉为斜发沸石粉;粉煤灰的平均粒径为100μm，孔隙率为80%;表面活性剂为脂肪酸山梨坦。
步骤a中，磷石膏晶须35重量份、沸石粉10重量份、粉煤灰10重量份、表面活性剂3重量份、水42重量份。
步骤a的搅拌的速度为200r/min，时间为30min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为140℃，泵压为3MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为100μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为4g/L，养护时的加热温度为35℃;步骤d的热风干燥的热风流速为10L/s，温度为120℃, 吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
实施例4
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
磷石膏晶须的平均直径为2μm，长径比为42;沸石粉为钡沸石粉;粉煤灰的平均粒径为60μm，孔隙率为65%;表面活性剂为聚山梨酯。
步骤a中，磷石膏晶须31重量份、沸石粉6重量份、粉煤灰6重量份、表面活性剂2重量份、水55重量份。
步骤a的搅拌的速度为160r/min，时间为38min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为125℃，泵压为2MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为50μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为3g/L，养护时的加热温度为32℃;步骤d的热风干燥的热风流速为9L/s，温度为130℃, 吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
实施例5
a、以磷石膏晶须为辅助成分，与沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
磷石膏晶须的平均直径为4μm，长径比为48;沸石粉为方沸石粉;粉煤灰的平均粒径为70μm，孔隙率为75%;表面活性剂为烷基葡糖苷。
步骤a中，磷石膏晶须33重量份、沸石粉8重量份、粉煤灰7重量份、表面活性剂3重量份、水49重量份。
步骤a的搅拌的速度为190r/min，时间为38min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为135℃，泵压为3MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为90μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为4g/L，养护时的加热温度为34℃;优选的，步骤d的热风干燥的热风流速为10L/s，温度为130℃, 吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
对比例1
a、将沸石粉、粉煤灰及表面活性剂混合均匀，加入水中，充分搅拌至均匀状态，制得浆料;
b、将步骤a制得的浆料通过喷雾造粒干燥机成型，制得颗粒;
c、在密闭环境中，将步骤b制得的颗粒进行氨水蒸汽养护，制得高强度的吸附颗粒;
d、将步骤c制得的吸附颗粒负载于丙纶无纺布的表面，采用热风干燥处理，制得用于重金属污水处理的复合塑料膜。
沸石粉为方沸石粉;粉煤灰的平均粒径为70μm，孔隙率为75%;表面活性剂为烷基葡糖苷。
步骤a中，沸石粉8重量份、粉煤灰7重量份、表面活性剂3重量份、水49重量份。
步骤a的搅拌的速度为190r/min，时间为38min;步骤b的喷雾造粒干燥机的出口温度为135℃，泵压为3MPa，制备的干燥颗粒的平均粒径为90μm;步骤c的氨水蒸汽养护的氨水浓度为4g/L，养护时的加热温度为34℃;优选的，步骤d的热风干燥的热风流速为10L/s，温度为130℃, 吸附颗粒粘附在丙纶无纺布的空隙间和表面，负载厚度为0.5mm。
上述实施例1~5及对比例1制得的吸附颗粒及复合塑料膜，测试其吸附颗粒粉化率、吸附颗粒强度及复合膜极限吸附量，测试表征的方法或条件如下：
吸附颗粒7d粉化率：将吸附颗粒放置于室外露天下，7d后采用20微米筛进行筛选，测定并计算粒径小于20μm的颗粒所占比重，极为粉化率，表征抗粉化性能。
吸附颗粒强度：采用符合响应标准的颗粒强度测试对吸附颗粒的强度进行测定5次，计算平均颗粒强度。
复合膜极限吸附量：将塑料吸附膜分别放入温度为40℃的含镉废水和含铅废水，充分吸收后计算极限吸附量，表征重金属吸附性能。
