申请日2018.02.24
公开(公告)日2018.08.07
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; B01D71/36; B01D69/12; B01D69/02; B01D67/00; C02F1/28; C02F1/469; C02F101/20
摘要
本发明属于重金属离子复合吸附膜、制备方法和废水处理技术领域，公开了一种重金属离子复合吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法。其主要技术特征为：包括石墨膜和与该石墨膜固定在一起的吸附膜，所述吸附膜包括有下列重量份的材料：多孔碳材料83—98份;导电碳0.5—7份;乳液状聚四氟乙烯2—10份。乳液状聚四氟乙烯呈空间网络状将多孔碳材料和导电碳紧紧地包裹起来，多孔碳材料和导电碳不会掉落，提高了碳膜的使用寿命，多孔碳材料的含量大，整个吸附膜的吸附能力大大提高，而且乳液状聚四氟乙烯本身具备极优的化学惰性和耐温性，保证了吸附膜不被极化，更不会参与任何的化学反应。石墨膜增加了导电性能，增大了电场强度，结构简单，节能效果好。
权利要求书
1.重金属离子复合吸附膜，其特征在于：包括石墨膜和与该石墨膜固定在一起的吸附膜，所述吸附膜包括有下列重量份的材料：
多孔碳材料83—98份;
导电碳0.5—7份;
乳液状聚四氟乙烯2—10份。
2.根据权利要求1所述的重金属离子复合吸附膜，其特征在于：该吸附膜包括有下列重量份的材料：
所述多孔碳材料91—92份;
导电碳6—6.5份;
乳液状聚四氟乙烯7—8份。
3.根据权利要求1所述的重金属离子复合吸附膜，其特征在于：所述多孔碳材料包括活性炭、碳气凝胶、碳纳米管中的一种或者多种混合;所述导电碳包括导电炭黑、石墨和石墨烯中的一种或者多种混合;所述乳液状聚四氟乙烯为固含量为60±2%的浓缩聚四氟乙烯分散乳液或者固含量20±2%的原始聚四氟乙烯分散乳液。
4.根据权利要求3所述的重金属离子复合吸附膜，其特征在于：所述多孔碳材料的平均粒径要求在25um以下，比表面积在800-3000m2/g。
5.根据权利要求1所述的重金属离子复合吸附膜，其特征在于：在所述石墨膜和吸附膜之间设置有导电胶层。
6.权利要求1、2、3、4或5所述的重金属离子复合吸附膜的制备方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
第一步，配料
按照各原料的重量比称取原料;
第二步，第一次混合
在称量好的多孔炭材料、导电炭和乳液状聚四氟乙烯中加入粉体重量3倍-7倍的溶剂，在转速20rpm-500rpm搅拌机中进行混合;
第三步，干燥，将第一次混合后的浆体材料进行干燥，干燥温度控制在100℃-250℃，溶剂含量控制在8%以下，得到混合粉料;
第四步，二次混合
在干燥后的混合粉料中，加入混合粉料重量的0.5倍-3倍的加工助剂，在20rpm-500rpm的搅拌机中混合1min-25min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在10℃-50℃环境中放置24h-48h;
第五步，预成型
将二次混合密封放置后的混合材料通过挤出机挤出预定形状的块状物，挤出压力10MPa-60 MPa;
第六步，第一次成型
将预成型后的块状物放入压延机中进行热压成膜，辊筒温度控制在50℃-100℃;
第七步，裁剪
将成型后的膜片边缘裁剪;
第八步，双膜复合
将石墨膜和吸附膜叠放在一起，在100℃-250℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜。
7.根据权利要求6所述的重金属离子复合吸附膜的制备方法，其特征在于：
在所述第二步第一次混合步骤中，加入溶剂的量为粉体重量的5-6倍，在转速420rpm-450rpm搅拌机中进行混合;
在所述第三步干燥步骤中，干燥温度控制在170℃-200℃，溶剂含量控制在6%以下，得到混合粉料;
在所述第四步二次混合步骤中，加入混合粉料重量的1.5倍-2倍的加工助剂，在420rpm-450rpm的搅拌机中混合12min-15min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在40℃-45℃环境中放置35h-40h;
在所述第五步预成型步骤中，挤出压力40MPa-45MPa;
在所述第六步第一次成型步骤中，所述辊筒温度控制在70℃-80℃;
在所述第八步双膜复合过程中，在170℃-200℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜。
8.根据权利要求6所述的重金属离子复合吸附膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括 甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丁醇、异丁醇、去离子水;所述加工助剂包含甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丁醇、异丁醇。
9.权利要求1、2、3、4或5所述的重金属离子复合吸附膜的制备方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
第一步，配料
按照各原料的重量比称取原料;
第二步，第一次混合
在称量好的多孔炭材料、导电炭和乳液状聚四氟乙烯中加入粉体重量3倍-7倍的溶剂，在转速20rpm-500rpm搅拌机中进行混合;
第三步，干燥，将第一次混合后的浆体材料进行干燥，干燥温度控制在100℃-250℃，溶剂含量控制在8%以下，得到混合粉料;
第四步，二次混合
在干燥后的混合粉料中，加入混合粉料重量的0.5倍-3倍的加工助剂，在20rpm-500rpm的搅拌机中混合1min-25min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在10℃-50℃环境中放置24h-48h;
第五步，预成型
将二次混合密封放置后的混合材料通过挤出机挤出预定形状的块状物，挤出压力10MPa-60 MPa;
第六步，第一次成型
将预成型后的块状物放入压延机中进行热压成膜，辊筒温度控制在50℃-100℃;
第七步，裁剪
将成型后的膜片边缘裁剪;
第八步，涂抹导电胶
在所述石墨膜或吸附膜上涂抹导电胶;
第九步，双膜复合
将石墨膜和吸附膜叠放在一起，在100℃-250℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜。
10.使用权利要求1、2、3、4、5或6所述的重金属离子复合吸附膜处理重金属离子废水的方法，其特征在于：
该处理方法包括下列步骤，
第一步，裁剪膜本体
根据水处理器的型号截取重金属离子复合吸附膜;
第二步，安装电极接线柱
在截取的重金属离子复合吸附膜的石墨膜上固定电极接线柱;
第三步，安装重金属离子复合吸附膜
在水处理器内设置有固定架，在固定架上固定带有电极接线柱的重金属吸附膜，使两个重金属离子复合吸附膜的吸附膜的一侧相对;
第四步，通电
在两个相对的重金属吸附膜上的电极接线柱上分别接有直流电源的正极和负极，并在水处理器内通入含有重金属离子的水;
第五步，吸附
水中含有的重金属离子被重金属离子复合吸附膜上的多孔碳材料吸附，同时通过导电碳导电，在相对的两个重金属离子复合吸附膜之间形成电场，使得重金属离子在电场的作用下向连接负极的重金属离子复合吸附膜一侧移动，吸附在连接负极的重金属离子复合吸附膜上;
第六步，清洗重金属离子复合吸附膜
在含有重金属离子的水处理完毕后，将处理后的水引出，将含有重金属离子的水或清水通入两个相对的重金属离子复合吸附膜之间，将于两个相对的重金属离子复合吸附膜上的正负极对换，然后迅速离开，吸附的重金属离子在反向电场作用下迅速从重金属离子复合吸附膜上流动至溶液中，既清洗了重金属离子复合吸附膜，又得到了高浓度的重金属离子水;
第七步，另行处理高浓度的重金属离子水
将高浓度的重金属离子水引出，另行处理。
说明书
重金属离子复合吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法
技术领域
本发明属于重金属离子复合吸附膜、制备方法和废水处理技术领域，具体的讲涉及重金属离子复合吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法。
背景技术
水是一种宝贵的自然资源，随着工农业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，对水资源的要求有了更高的标准。但随着工业的发展和人们生活条件的不断提高，汞、铬、镉、铅、铜等大量的重金属排放到环境中去，造成了严重的重金属污染，对人和农作物产生了极为严重的危害。因此，一种能更好的处理重金属污染的方案对于水质和人体健康都存在重要的意义。
常见的重金属污染处理技术有化学法、生物法、物理化学法，但在生活中最为常用的就是物理吸附法，普通的活性炭对于重金属离子有非常好的吸附效果，但是活性炭属于粉末状，对于活性炭的运输和后期处理存在一些问题，因此利用活性炭吸附效果好的有点，在活性炭的基础上加入导电炭黑和PTFE乳液进行混合，最后制成膜状来进行电吸附处理重金属离子，电吸附是一种利用电势差为驱动力，促使离子被吸附到带电电极表面，再加上活性炭较强的吸附效果，使重金属离子污染水体得到更好的处理。
专利号为：01127897.8，专利名称为：硅胶交联壳聚糖合成重金属吸附剂的方法，专利公开号为CN1359750A的发明专利公开了一种硅胶交联壳聚糖合成重金属吸附剂的方法，但该方法制备过程复杂且采用了毒性大的有机溶剂，易对环境造成污染。
专利号为：200610013158.8，专利名称为：制备巯基聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的方法与用途，专利公开号为CN1869105A的发明专利公开了一种制备巯基聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的方法，在聚合物中引入大量的胺基，使得聚合物的重金属吸附能力增强，但制备方法复杂。
专利号为：200710056397.6，专利名称为：一种重金属离子复合吸附膜及制备方法，专利公开号为CN101254457A的发明专利公开了由聚乙烯醇和氨基聚合物组成，通过交联剂交联形成三维聚合物网络的方法，但该方法在交联过程消耗大量的氨基，降低了处理重金属离子的能力。
发明内容
本发明解决的第一个技术问题就是提供一种材料混合均匀、粘接剂含量低、不掉粉、具有很好的柔韧性、吸附能力强、不需要依附载体直接形成自支撑的重金属离子复合吸附膜。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：包括石墨膜和与该石墨膜固定在一起的吸附膜，所述吸附膜包括有下列重量份的材料：
多孔碳材料83—98份;
导电碳0.5—7份;
乳液状聚四氟乙烯2—10份。
其附加技术特征为:
该吸附膜包括有下列重量份的材料：
所述多孔碳材料91—92份;
导电碳6—6.5份;
乳液状聚四氟乙烯7—8份;
所述多孔碳材料包括活性炭、碳气凝胶、碳纳米管中的一种或者多种混合;所述导电碳包括导电炭黑、石墨和石墨烯中的一种或者多种混合;所述乳液状聚四氟乙烯为固含量为60±2%的浓缩聚四氟乙烯分散乳液或者固含量20±2%的原始聚四氟乙烯分散乳液;
所述多孔碳材料的平均粒径要求在25um以下，比表面积在800-3000m2/g;
在所述石墨膜和吸附膜之间设置有导电胶层。
本发明解决的第二个技术问题就是提供一种上述重金属离子复合吸附膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
该方法包括下列步骤：
第一步，配料
按照各原料的重量比称取原料;
第二步，第一次混合
在称量好的多孔炭材料、导电炭和乳液状聚四氟乙烯中加入粉体重量3倍-7倍的溶剂，在转速20rpm-500rpm搅拌机中进行混合;
第三步，干燥，将第一次混合后的浆体材料进行干燥，干燥温度控制在100℃-250℃，溶剂含量控制在8%以下，得到混合粉料;
第四步，二次混合
在干燥后的混合粉料中，加入混合粉料重量的0.5倍-3倍的加工助剂，在20rpm-500rpm的搅拌机中混合1min-25min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在10℃-50℃环境中放置24h-48h;
第五步，预成型
将二次混合密封放置后的混合材料通过挤出机挤出预定形状的块状物，挤出压力10MPa-60 MPa;
第六步，第一次成型
将预成型后的块状物放入压延机中进行热压成膜，辊筒温度控制在50℃-100℃;
第七步，裁剪
将成型后的膜片边缘裁剪;
第八步，双膜复合
将石墨膜和吸附膜叠放在一起，在100℃-250℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜。
其附加技术特征为：
在所述第二步第一次混合步骤中，加入溶剂的量为粉体重量的5-6倍，在转速420rpm-450rpm搅拌机中进行混合; 在所述第三步干燥步骤中，干燥温度控制在170℃-200℃，溶剂含量控制在6%以下，得到混合粉料;在所述第四步二次混合步骤中，加入混合粉料重量的1.5倍-2倍的加工助剂，在420rpm-450rpm的搅拌机中混合12min-15min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在40℃-45℃环境中放置35h-40h;在所述第五步预成型步骤中，挤出压力40MPa-45MPa;在所述第六步第一次成型步骤中，所述辊筒温度控制在70℃-80℃;在所述第八步双膜复合过程中，在170℃-200℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜;
所述溶剂包括 甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丁醇、异丁醇、去离子水;所述加工助剂包含甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丁醇、异丁醇;
对于带有导电胶的重金属离子复合吸附膜来说，该方法包括下列步骤：
第一步，配料
按照各原料的重量比称取原料;
第二步，第一次混合
在称量好的多孔炭材料、导电炭和乳液状聚四氟乙烯中加入粉体重量3倍-7倍的溶剂，在转速20rpm-500rpm搅拌机中进行混合;
第三步，干燥，将第一次混合后的浆体材料进行干燥，干燥温度控制在100℃-250℃，溶剂含量控制在8%以下，得到混合粉料;
第四步，二次混合
在干燥后的混合粉料中，加入混合粉料重量的0.5倍-3倍的加工助剂，在20rpm-500rpm的搅拌机中混合1min-25min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在10℃-50℃环境中放置24h-48h;
第五步，预成型
将二次混合密封放置后的混合材料通过挤出机挤出预定形状的块状物，挤出压力10MPa-60 MPa;
第六步，第一次成型
将预成型后的块状物放入压延机中进行热压成膜，辊筒温度控制在50℃-100℃;
第七步，裁剪
将成型后的膜片边缘裁剪;
第八步，涂抹导电胶
在所述石墨膜或吸附膜上涂抹导电胶;
第九步，双膜复合
将石墨膜和吸附膜叠放在一起，在100℃-250℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜。
本发明解决的第三个技术问题就是提供一种利用上述重金属离子复合吸附膜处理重金属离子废水的处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
该处理方法包括下列步骤，
第一步，裁剪膜本体
根据水处理器的型号截取重金属离子复合吸附膜;
第二步，安装电极接线柱
在截取的重金属离子复合吸附膜上固定电极接线柱;
第三步，安装重金属离子复合吸附膜
在水处理器内设置有固定架，在固定架上固定带有电极接线柱的重金属吸附膜，使两个重金属离子复合吸附膜的吸附膜的一侧相对;
第四步，通电
在两个相对的重金属吸附膜上的电极接线柱上分别接有直流电源的正极和负极，并在水处理器内通入含有重金属离子的水;
第五步，吸附
水中含有的重金属离子被重金属离子复合吸附膜上的多孔碳材料吸附，同时通过导电碳导电，在相对的两个重金属离子复合吸附膜之间形成电场，使得重金属离子在电场的作用下向连接负极的重金属离子复合吸附膜一侧移动，吸附在连接负极的重金属离子复合吸附膜上;
第六步，清洗重金属离子复合吸附膜
在含有重金属离子的水处理完毕后，将处理后的水引出，将含有重金属离子的水或清水通入两个相对的重金属离子复合吸附膜之间，将于两个相对的重金属离子复合吸附膜上的正负极对换，然后迅速离开，吸附的重金属离子在反向电场作用下迅速从重金属离子复合吸附膜上流动至溶液中，既清洗了重金属离子复合吸附膜，又得到了高浓度的重金属离子水;
第七步，另行处理高浓度的重金属离子水
将高浓度的重金属离子水引出，另行处理。
本发明提供的重金属离子复合吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法，同现有技术相比较具有以下优点：其一，由于包括石墨膜和与该石墨膜固定在一起的吸附膜，所述吸附膜包括有下列重量份的材料：多孔碳材料83—98份;导电碳0.5—7份;乳液状聚四氟乙烯2—10份;按照各原料的重量比称取原料;在称量好的多孔炭材料、导电炭和乳液状聚四氟乙烯中加入粉体重量3倍-7倍的溶剂，在转速20rpm-500rpm搅拌机中进行混合;将第一次混合后的浆体材料进行干燥，干燥温度控制在100℃-250℃，溶剂含量控制在8%以下，得到混合粉料;在干燥后的混合粉料中，加入混合粉料重量的0.5倍-3倍的加工助剂，在20rpm-500rpm的搅拌机中混合1min-25min，混合好二次材料放在密封袋或者密封桶中在10℃-50℃环境中放置24h-48h;将二次混合密封放置后的混合材料通过挤出机挤出预定形状的块状物，挤出压力10MPa-60 MPa;将预成型后的块状物放入压延机中进行热压成膜，辊筒温度控制在50℃-100℃;将成型后的膜片边缘裁剪;将石墨膜和吸附膜叠放在一起，在100℃-250℃辊筒温度的条件进行压延，得到复合吸附膜，乳液状聚四氟乙烯呈空间网络状将多孔碳材料和导电碳紧紧地包裹起来，多孔碳材料和导电碳不会掉落，提高了碳膜的使用寿命，多孔碳材料的含量大，整个吸附膜的吸附能力大大提高，而且乳液状聚四氟乙烯本身具备极优的化学惰性和耐温性，保证了吸附膜不被极化，更不会参与任何的化学反应;石墨膜的导电能力较强，这样，就大大提高了电场强度，使得重金属离子运动加速，缩短了处理时间，提高了吸附效果;首先根据水处理器的型号截取重金属离子复合吸附膜;在截取的重金属离子复合吸附膜上固定电极接线柱;在水处理器内设置有固定架，在固定架上固定带有电极接线柱的重金属吸附膜;在两个相对的重金属吸附膜上的电极接线柱上分别接有直流电源的正极和负极，并在水处理器内通入含有重金属离子的水;水中含有的重金属离子被重金属离子复合吸附膜上的多孔碳材料吸附，同时通过导电碳导电，在相对的两个重金属离子复合吸附膜之间形成电场，使得重金属离子在电场的作用下向连接负极的重金属离子复合吸附膜一侧移动，吸附在连接负极的重金属离子复合吸附膜上;在含有重金属离子的水处理完毕后，将处理后的水引出，将含有重金属离子的水或清水通入两个相对的重金属离子复合吸附膜之间，将于两个相对的重金属离子复合吸附膜上的正负极对换，然后迅速离开，吸附的重金属离子在反向电场作用下迅速从重金属离子复合吸附膜上流动至溶液中，既清洗了重金属离子复合吸附膜，又得到了高浓度的重金属离子水;将高浓度的重金属离子水引出，另行处理，在处理污水过程中，不会产生其他废物，而且结构简单，节能效果好;其二，由于该重金属离子复合吸附膜包括有下列重量份的材料：所述多孔碳材料91—92份;导电碳6—6.5份;乳液状聚四氟乙烯7—8份;使得电场强度和吸附效果更好;其三，由于所述多孔碳材料的平均粒径(D50)要求在25um以下，比表面积在800-3000m2/g，吸附效果更好，使得处理后的水中重金属离子的浓度大大降低;其四，由于在石墨膜和吸附膜之间设置有导电胶层，进一步增加了导电性能，提高了电场强度。
