申请日 20200911
公开（公告）日 20201222
IPC分类号 B01D61/14; B01D67/00; B01D71/42; C02F1/44
摘要
本发明公开了一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法，该超滤膜由以下组分制备得到：氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇、聚氧乙烯脂肪醇醚、二甲基甲酰胺；该超滤膜经过亲水性改性，使其浸润速率快，增大该超滤膜的水通量，并提高了该超滤膜的截留率；通过将聚氯乙烯经过氯化改性后，材料的氯含量得以提高，从而使得材料的分子键极性增大、分子间作用力增强、化学稳定性增加，使材料的力学性能、耐化学腐蚀性能、耐热性均得到了较大的提高；通过将聚丙烯腈进行改性，使其贵金属和稀有金属离子均具有高的吸附能力；该超滤膜的废水处理效果好，而且该超滤膜物理性能以及力学性能均良好，不易损耗，降低了废水处理的成本。
权利要求书
1.一种用于废水处理的超滤膜，其特征在于，由以下重量份组分制备得到：
氯化聚氯乙烯20-40份、改性聚丙烯腈2-5份、聚乙二醇10-20份、聚氧乙烯脂肪醇醚1-3份、二甲基甲酰胺40-60份；
该用于废水处理的超滤膜由以下步骤制备得到：
步骤一：将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，在温度为50-100℃、转速为50-200r/min的条件下搅拌混合，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液；
步骤二：将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入30-60℃去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸至原长度的1.5-2倍，得到纤维超滤膜；
步骤三：向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入聚氧乙烯脂肪醇醚10-20倍重量的去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理；
步骤四：将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的超滤膜，其特征在于，所述氯化聚氯乙烯由以下步骤制备得到：
S21、按重量份称取以下原料：聚氯乙烯50-70份、去离子水500-700份、浓盐酸50-80份、乙烯基三甲基硅烷0.01-0.1份、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐0.1-0.4份、烷基葡萄糖苷0.1-0.4份；
S22、将聚氯乙烯、去离子水、浓盐酸、乙烯基三甲基硅烷、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐、烷基葡萄糖苷投入至反应釜中，在60-100℃的条件下通入氯气，且控制氯气流速在150-350g/h，反应2-3h后，用蒸馏水洗涤至pH为6-8，过滤，去除滤液，将滤饼烘干，得到该氯化聚氯乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的超滤膜，其特征在于，所述改性聚丙烯腈由以下步骤制备得到：
S31、将聚丙烯腈在50-70℃的条件下用1.0g/L的碳酸钠水溶液洗涤20-40min，然后用2.0g/L的皂片溶液洗涤20-40min，之后用去离子水洗涤1-2h，然后将聚丙烯腈取出在40-60℃的条件下真空干燥；
S32、将干燥的聚丙烯腈放入0.4mol/L的盐酸羟胺水溶液中，使用氢氧化钠调节pH至5-7，在70-80℃的条件下搅拌反应2-3h，冷却，然后取出产物，将产物用体积分数为75％的乙醇溶液洗涤5-10min,然后用蒸馏水洗涤10-20min，得到改性聚丙烯腈。
4.根据权利要求3所述的一种用于废水处理的超滤膜，其特征在于，所述聚丙烯腈、盐酸羟胺、氢氧化钠用量物质的量比为1：1-2:0.5-1。
5.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，在温度为50-100℃、转速为50-200r/min的条件下搅拌混合，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液；
步骤二：将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入30-60℃去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸至原长度的1.5-2倍，得到纤维超滤膜；
步骤三：向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入聚氧乙烯脂肪醇醚10-20倍重量的去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理；
步骤四：将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜。
说明书
一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法。
背景技术
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离技术。膜分离技术作为新型分离技术已广泛应用于气体分离、物料分离和水处理，其中水处理领域对膜产品的需求量最大，它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
在膜分离应用领域中，聚氯乙烯具有优良的耐酸碱、耐高温、耐菌类、价格低廉、原材料易购等优点，可制成用于废水处理的超滤膜，但聚氯乙烯超滤膜亲水性差，通量较低，韧性较差，耐化学腐蚀性能差，吸附性差。
因此，如何改善现有的聚氯乙烯超滤膜亲水性差，通量较低，韧性较差，耐化学腐蚀性能差，吸附性差是本发明需要解决的问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法：(1)通过将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液，将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸得到纤维超滤膜，向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理，将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜，解决了现有的聚氯乙烯超滤膜亲水性差，通量较低的问题；(2)通过将聚氯乙烯、去离子水、浓盐酸、乙烯基三甲基硅烷、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐、烷基葡萄糖苷投入至反应釜中，通入氯气进行反应，用蒸馏水洗涤后过滤，去除滤液，将滤饼烘干，得到氯化聚氯乙烯，解决了现有的聚氯乙烯超滤膜韧性较差，耐化学腐蚀性能差的问题；(3)通过将聚丙烯腈在用碳酸钠水溶液和皂片溶液洗涤，之后用去离子水洗涤，然后将聚丙烯腈干燥，将干燥的聚丙烯腈放入盐酸羟胺水溶液中，使用氢氧化钠调节pH，然后搅拌反应，反应结束后冷却，然后取出产物，将产物用乙醇溶液以及蒸馏水洗涤，得到改性聚丙烯腈，解决了现有的聚氯乙烯超滤膜吸附性差的的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于废水处理的超滤膜，由以下重量份组分制备得到：
氯化聚氯乙烯20-40份、改性聚丙烯腈2-5份、聚乙二醇10-20份、聚氧乙烯脂肪醇醚1-3份、二甲基甲酰胺40-60份；
该用于废水处理的超滤膜由以下步骤制备得到：
步骤一：将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，在温度为50-100℃、转速为50-200r/min的条件下搅拌混合，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液；
步骤二：将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入30-60℃去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸至原长度的1.5-2倍，得到纤维超滤膜；
步骤三：向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入聚氧乙烯脂肪醇醚10-20倍重量的去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理；
步骤四：将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜。
作为本发明进一步的方案：所述氯化聚氯乙烯由以下步骤制备得到：
S21、按重量份称取以下原料：聚氯乙烯50-70份、去离子水500-700份、浓盐酸50-80份、乙烯基三甲基硅烷0.01-0.1份、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐0.1-0.4份、烷基葡萄糖苷0.1-0.4份；
S22、将聚氯乙烯、去离子水、浓盐酸、乙烯基三甲基硅烷、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐、烷基葡萄糖苷投入至反应釜中，在60-100℃的条件下通入氯气，且控制氯气流速在150-350g/h，反应2-3h后，用蒸馏水洗涤至pH为6-8，过滤，去除滤液，将滤饼烘干，得到该氯化聚氯乙烯。
作为本发明进一步的方案：所述改性聚丙烯腈由以下步骤制备得到：
S31、将聚丙烯腈在50-70℃的条件下用1.0g/L的碳酸钠水溶液洗涤20-40min，然后用2.0g/L的皂片溶液洗涤20-40min，之后用去离子水洗涤1-2h，然后将聚丙烯腈取出在40-60℃的条件下真空干燥；所述皂片为市场常见的肥皂，经过干燥而得；
S32、将干燥的聚丙烯腈放入0.4mol/L的盐酸羟胺水溶液中，使用氢氧化钠调节pH至5-7，在70-80℃的条件下搅拌反应2-3h，冷却，然后取出产物，将产物用体积分数为75％的乙醇溶液洗涤5-10min,然后用蒸馏水洗涤10-20min，得到改性聚丙烯腈。
作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯腈、盐酸羟胺、氢氧化钠用量物质的量比为1：1-2:0.5-1。
作为本发明进一步的方案：一种用于废水处理的超滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，在温度为50-100℃、转速为50-200r/min的条件下搅拌混合，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液；
步骤二：将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入30-60℃去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸至原长度的1.5-2倍，得到纤维超滤膜；
步骤三：向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入聚氧乙烯脂肪醇醚10-20倍重量的去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理；
步骤四：将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法，通过将氯化聚氯乙烯、改性聚丙烯腈、聚乙二醇投入至二甲基甲酰胺中，混合均匀后，真空脱泡，得到原料液，将原料液经过纺丝机进行纺丝，得到纤维膜，将纤维膜浸入去离子水凝固浴中，然后将凝固的纤维膜进行拉伸得到纤维超滤膜，向聚氧乙烯脂肪醇醚中加入去离子水，完全溶解后形成聚氧乙烯脂肪醇醚溶液，将纤维超滤膜放入聚氧乙烯脂肪醇醚溶液中浸泡，进行亲水化处理，将亲水化处理后的纤维超滤膜取出，在室温下晾干，得到该用于废水处理的超滤膜；该用于废水处理的超滤膜通过聚合物合成双亲水性接枝共混物，由于双亲水性改性使该超滤膜可以很快使膜被水浸润，这是因为双亲性接枝共聚物在相转化成膜时在膜及膜表面形成几百纳米的较致密的凝胶层，凝胶层与水分子发生水合作用，形成水分子通道，增大该超滤膜的水通量，并提高了该超滤膜的截留率；
(2)本发明的一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法，通过将聚氯乙烯、去离子水、浓盐酸、乙烯基三甲基硅烷、(全氟己基)苯基碘鎓三氟甲烷磺酸盐、烷基葡萄糖苷投入至反应釜中，通入氯气进行反应，用蒸馏水洗涤后过滤，去除滤液，将滤饼烘干，得到氯化聚氯乙烯；通过将聚氯乙烯经过氯化改性后，材料的氯含量由56.7％提高到了63％～68％，从而使得材料的分子键极性增大、分子间作用力增强、化学稳定性增加，使材料的力学性能、耐化学腐蚀性能、耐热性均得到了较大的提高；
(3)本发明的一种用于废水处理的超滤膜及其制备方法，通过将聚丙烯腈在用碳酸钠水溶液和皂片溶液洗涤，之后用去离子水洗涤，然后将聚丙烯腈干燥，将干燥的聚丙烯腈放入盐酸羟胺水溶液中，使用氢氧化钠调节pH，然后搅拌反应，反应结束后冷却，然后取出产物，将产物用乙醇溶液以及蒸馏水洗涤，得到改性聚丙烯腈；改性聚丙烯腈中存在着偕胺肟基团，偕胺肟基团具有未成键孤电子的N和O原子，这些原子能以一对孤电子与金属形成配位键，构成与小分子螯合纤维相类似的稳定结构，因此制得的用于废水处理的超滤膜对贵金属和稀有金属离子均具有高的吸附能力，而且选择性较高，此外，还能够将Au3+、Pt4+和Ag+等贵金属离子还原为单质金属，不仅吸附容量大，选择性高，而且由于还原的贵金属产物可以在超滤膜纤维上结晶沉淀，分离回收快速简便，使其在废液中提炼回收贵金属方面展示出良好的应用前景；
因此，该用于废水处理的超滤膜吸附金属离子具有选择性高、吸附速度快、易洗脱和再生等优点，废水处理效果好，而且该超滤膜物理性能以及力学性能均良好，不易损耗，降低了废水处理的成本。
发明人 （袁胜巧）
