公布日：2022.02.22
申请日：2021.07.27
分类号：B01D71/48(2006.01)I;B01D67/00(2006.01)I;C02F1/44(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)I;B01J20/24(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N;
C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，所述滤膜包括聚酯基底层以及与所述聚酯基底层经热轧成型叠合的吸附过滤层，所述吸附过滤层由含有功能吸附剂的无纺布与均匀分散在所述无纺布上的聚电解质复合而成。与现有技术相比，本发明聚酯滤膜对污水、废水中的重金属离子、有机物等污染物具有优异的吸附性，拦截吸附效率高且效用持久，能够实现对污水、废水高效持久的净化处理，使用寿命长，经济成本低，具有很好的应用前景。
权利要求书
1.一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述滤膜包括聚酯基底层以及与所述聚酯基底层经热轧成型叠合的吸附过滤层，所述吸附过滤层由含有功能吸附剂的无纺布与均匀分散在所述无纺布上的聚电解质复合而成。
2.根据权利要求1所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述功能吸附剂由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：活性污泥35~50份、改性活性炭细粉15~25份、淀粉10~20份、低温发泡剂1~5份、交联剂0.5~1份以及去离子水100~150份。
3.根据权利要求2所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述改性活性炭细粉的制备方法为：先将活性炭进行研磨，过1000目筛，制得活性炭细粉；将羧甲基纤维素、硅烷偶联剂加入至无水乙醇中，调节溶液pH为6~6.5，随后边搅拌边加入活性炭细粉，再于35~50℃下超声处理30min，后经冷却、过滤、洗涤，再干燥至恒重，即制得所述改性活性炭细粉。
4.根据权利要求2所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述功能吸附剂的制备方法为：按重量份将活性污泥、改性活性炭细粉、淀粉加入到50~80份的去离子水中，搅拌混合均匀，制得预混液A；将低温发泡剂和交联剂加入到剩余的去离子水中，搅拌混合均匀，制得预混液B；随后，将预混液A缓慢升温至70~90℃，于2min内边搅拌边将预混液B完全加入至预混液A中，恒温处理15~30min，过滤、洗涤，获得功能吸附颗粒；再将功能吸附颗粒于120~150℃下干燥1~2h，以使得低温发泡剂分解并产生气体，在功能吸附颗粒表面形成微孔，即制得具有多孔结构的功能吸附剂。
5.根据权利要求1所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述低温发泡剂选自市售的DSX~100或ACP~H2，所述交联剂选自聚乙二醇、三羟甲基丙烷、丙二胺或异丙醇铝中的至少一种；所述缓慢升温的升温速率为2~4℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述吸附过滤层的制备方法如下：第一步：采用静电纺丝机喷丝堆积形成纤维层的同时，将功能吸附剂逐层铺洒于其中，制得含有功能吸附剂的无纺布；第二步：将聚电解质溶于去离子水中，制得成膜液，再将成膜液倾倒于第一步制得的含有功能吸附剂的无纺布上，采用刮膜机进行刮膜，随后置于25~30℃的去离子水凝固浴中冷却转化成膜，即制得所述吸附过滤层。
7.根据权利要求6所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述纤维层为醋酸纤维、聚乙烯醇纤维或聚酰胺纤维中的至少一种，纤维层数为2~5层；所述聚电解质选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或羧甲基纤维素中的至少一种；所述成膜液中聚电解质与去离子水的质量比为1:5~10。
8.根据权利要求6所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，在将成膜液倾倒于第一步制得的含有功能吸附剂的无纺布上之前，需将成膜液静置并脱泡，以使得成膜液中的气泡完全脱除；所述刮膜刮出的膜厚度为120~200μm；刮膜后，置于所述去离子水凝固浴中的时间为2~8min。
9.根据权利要求1所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，其特征在于，所述聚酯基底层为PET膜层或PMMA膜层。
10.如权利要求1至9任一项所述的一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜的制备方法，其特征在于，将吸附过滤层与聚酯基底层进行热轧成型，后经自然冷却，即可；其中，所述热轧成型的温度为130~150℃，压力为1.5~2MPa，时间为3-6min。
发明内容
本发明的一个目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种吸附效率高，拦截吸附效用持久，使用寿命长的具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜。
本发明的另一个目的是提供上述具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：根据本发明的一个方面，提供一种具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜，所述滤膜包括聚酯基底层以及与所述聚酯基底层经热轧成型叠合的吸附过滤层，所述吸附过滤层由含有功能吸附剂的无纺布与均匀分散在所述无纺布上的聚电解质复合而成。
作为一种实施方案，所述功能吸附剂由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：活性污泥35~50份、改性活性炭细粉15~25份、淀粉10~20份、低温发泡剂1~5份、交联剂0.5~1份以及去离子水100~150份。
作为一种实施方案，所述改性活性炭细粉的制备方法为：先将活性炭进行研磨，过1000目筛，制得活性炭细粉；将羧甲基纤维素、硅烷偶联剂加入至无水乙醇中，调节溶液pH为6~6.5，随后边搅拌边加入活性炭细粉，再于35~50℃下超声处理30min，后经冷却、过滤、洗涤，再干燥至恒重，即制得所述改性活性炭细粉。
作为一种实施方案，所述功能吸附剂的制备方法为：按重量份将活性污泥、改性活性炭细粉、淀粉加入到50~80份的去离子水中，搅拌混合均匀，制得预混液A；将低温发泡剂和交联剂加入到剩余的去离子水中，搅拌混合均匀，制得预混液B；随后，将预混液A缓慢升温至70~90℃，于2min内边搅拌边将预混液B完全加入至预混液A中，恒温处理15~30min，过滤、洗涤，获得功能吸附颗粒；再将功能吸附颗粒于120~150℃下干燥1~2h，以使得低温发泡剂分解并产生气体，在功能吸附颗粒表面形成微孔，即制得具有多孔结构的功能吸附剂。
作为一种实施方案，所述低温发泡剂选自市售的DSX~100或ACP~H2，所述交联剂选自聚乙二醇、三羟甲基丙烷、丙二胺或异丙醇铝中的至少一种。
作为一种实施方案，所述缓慢升温的升温速率为2~4℃/min。
作为一种实施方案，所述吸附过滤层的制备方法如下：第一步：采用静电纺丝机喷丝堆积形成纤维层的同时，将功能吸附剂逐层铺洒于其中，制得含有功能吸附剂的无纺布；第二步：将聚电解质溶于去离子水中，制得成膜液，再将成膜液倾倒于第一步制得的含有功能吸附剂的无纺布上，采用刮膜机进行刮膜，随后置于25~30℃的去离子水凝固浴中冷却转化成膜，即制得所述吸附过滤层。
作为一种实施方案，所述纤维层为醋酸纤维、聚乙烯醇纤维或聚酰胺纤维中的至少一种，纤维层数为2~5层。
作为一种实施方案，所述聚电解质选自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或羧甲基纤维素中的至少一种。
作为一种实施方案，所述成膜液中聚电解质与去离子水的质量比为1:5~10。
作为一种实施方案，在将成膜液倾倒于第一步制得的含有功能吸附剂的无纺布上之前，需将成膜液静置并脱泡，以使得成膜液中的气泡完全脱除；作为一种实施方案，所述刮膜刮出的膜厚度为120~200μm。
作为一种实施方案，刮膜后，置于所述去离子水凝固浴中的时间为2~8min。
作为一种实施方案，所述聚酯基底层为PET膜层或PMMA膜层。
根据本发明的另一个方面，提供上述具有金属离子高阻隔性的聚酯滤膜的制备方法，即将吸附过滤层与聚酯基底层进行热轧成型，后经自然冷却，即可；其中，所述热轧成型的温度为130~150℃，压力为1.5~2MPa，时间为3-6min。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：1）本发明聚酯滤膜将吸附过滤层通过热轧成型叠合在聚酯基底层上，工艺步骤简单，无需添加后续涂布等处理设备，可有效节约生产成本，经济实用性好；2）本发明聚酯滤膜中的吸附过滤层是由含有功能吸附剂的无纺布与均匀分散在无纺布上的聚电解质复合而成，其中功能吸附剂主要由活性污泥、改性活性炭细粉和淀粉复配而成，由于改性活性炭细粉的表面经硅烷偶联剂修饰，与富有活性官能团的羧甲基纤维素相结合，显著改善了活性炭细粉在活性污泥中的分散性，经改性的活性炭细粉能够更加均匀地分散在活性污泥颗粒中，这也为活性污泥颗粒的表面增加了活性位点，在交联剂的作用下，可将淀粉与活性污泥颗粒结合在一起，使淀粉能够高效地包覆在活性污泥颗粒表面，再经低温发泡剂受热分解产生气体，可形成具有多孔结构，且对金属离子具有优异吸附拦截能力的功能吸附剂，在采用静电纺丝机喷丝堆积形成纤维层的同时，将功能吸附剂逐层铺洒于其中，即可制得含有功能吸附剂的无纺布，最后再将由聚电解质形成的成膜液通过刮膜工艺刮涂在无纺布上，经冷却转化成膜，即可，整个吸附过滤层的制备工艺简单，其中的无纺布网状结构对功能吸附剂不仅起到承载作用，还起到保护维稳的作用，可有效延长滤膜的使用寿命；3）本发明聚酯滤膜对污水、废水中的重金属离子、有机物等污染物具有优异的吸附性，拦截吸附效率高且效用持久，能够实现对污水、废水高效持久的净化处理，使用寿命长，经济成本低，具有很好的应用前景。
（发明人：宋厚春）
