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多功能污水處理pH響應復合膜及其制備方法

發布時間:2020-9-23 8:45:08  中國污水處理工程網

  申請日20200602

  公開(公告)日20200904

  IPC分類號B01J20/26; B01J20/28; C02F1/28; C02F1/40; C08G83/00; B01J20/30; B01D17/022; C02F101/30; C02F101/20

  摘要

  本發明屬于污水處理材料領域,具體涉及一種多功能污水處理pH響應復合膜及其制備方法和應用,該制備方法首先對坡縷石進行酸活化、硅烷偶聯劑改性;然后采用pH響應單體對坡縷石進行接枝聚合改性,制得聚合物接枝坡縷石,將聚合物接枝坡縷石與植物纖維均勻分散混合,制得pH響應型的植物纖維/接枝坡縷石復合膜。復合膜具有優良的pH響應潤濕性,在酸性條件下表現為超親水超疏油性,在中性或堿性條件下表現為超疏水超親油性,可根據實際需要靈活地改變潤濕性。本發明制備方法簡單、快速,所用原料經濟易得,復合膜具有良好的油水分離能力,同時對水溶性染料和重金屬離子污染物有強的吸附能力,穩定性良好。在污水處理領域具有廣闊的應用前景。

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  權利要求書

  1.一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:

  步驟1:功能聚合物接枝改性坡縷石的制備

  (1)將坡縷石與酸液混合,過濾,洗滌至中性后,烘干,得到酸活化坡縷石;

  (2)將帶有雙鍵的硅烷偶聯劑與上述(1)提及的酸活化坡縷石反應;過濾,洗滌至中性后,烘干得到硅烷改性坡縷石;

  所述硅烷偶聯劑為帶有雙鍵的硅烷偶聯劑,可以選用市場上常見的,包括但不限于:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷等。

  所述酸活化坡縷石的用量是硅烷偶聯劑質量份的0.5-1.5倍;

  (3)選用單體與上述(2)的硅烷改性坡縷石,制備聚合物接枝改性坡縷石;

  所述單體具有pH響應性,特指帶有氨基結構的堿性單體,包括但不限于:甲基丙烯酸二甲氨乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基甲酯、丙烯酸二乙氨基甲酯一種或幾種;所述單體還可以與其它常見乙烯基單體進行共聚,以調整成本和性能;

  單體接枝到坡縷石上的質量為坡縷石質量份的3%-25%;

  步驟2:接枝改性坡縷石與纖維的復合

  將步驟1中所述的聚合物接枝改性坡縷石與天然植物纖維進行充分攪拌、分散后,過濾,得到pH響應復合膜;植物纖維使用量是聚合物接枝改性坡縷石的0.1-1倍,以質量計。

  2.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟1的(1)中可進一步加熱超聲回流增強酸化處理效果。

  3.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟1的(3)中單體接枝到坡縷石上的質量為坡縷石質量份的5%-15%。

  4.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟1的(3)中實施方法是常規的自由基聚合方法。

  5.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟2中所述天然植物纖維可以是木棉纖維、竹纖維、棉花纖維、楊柳絮纖維、劍麻纖維中的一種或上述多種的混雜纖維。

  6.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟2中天然植物纖維使用量是聚合物接枝改性坡縷石的0.3-0.6倍,以質量計。

  7.根據權利要求1所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,其特征在于,在步驟2中所述天然植物纖維經亞氯酸鈉預處理。

  8.一種多功能污水處理用pH響應復合膜,其特征在于,所述pH響應復合膜由權利要求1-7任一項所述多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法而制備。

  9.一種權利要求8所述多功能污水處理用pH響應復合膜在污水處理上的應用,通過調節pH改變pH響應復合膜的潤濕性,從而控制其不同環境下的油水分離性能。

  說明書

  一種多功能污水處理pH響應復合膜及其制備方法和應用

  技術領域

  本發明屬于污水處理材料領域,特別涉及一種多功能污水處理pH響應復合膜及其制備方法和應用。

  背景技術

  近年來,隨著全球工業的不斷發展,各種含油污水、染料污水和重金屬污水,這些水污染對生態環境和人類健康構成了極大的危害。因此,設計開發一種低成本、環保、多功能的污水處理材料來去除含油廢水中的油污,以及水溶性染料和重金屬離子具有重要的現實意義。

  CN110479226A報道了采用球磨制漿、開煉機混煉、壓片成型的方法,將粘土礦物與農林廢棄生物質制成復合吸附劑,對有機染料、重金屬離子、氟離子等具有同時吸附去除的能力。Wang等人在《Green Chemistry》2019,21,3190-3199上報道了將黃土涂覆在PVDF膜表面,這種涂層PVDF膜具有水下超疏油性,可以有效地分離油水乳液,由于黃土具有很好的吸附性能,該涂層PVDF膜同時還可以有效地吸附亞甲基藍、結晶紫等染料和Cu2+、Pd2+等重金屬離子。

  目前已開發的污水處理材料功能單一,大多數材料只適用于分離不混溶的油水混合物或油水乳液,無法根據環境轉換其潤濕性,或只適用于清除水中的水溶性污染物,在實際應用中受到限制。本發明提供一種多功能的新型污水處理pH響應復合膜,具有可控的潤濕性,能夠同時實現油水分離和水溶性污染物的清除。

  發明內容

  本發明的目的在于制備一種多功能的污水處理pH響應復合膜及其制備方法和應用,一方面可用于油水分離;另一方面可有效吸附有機染料和重金屬離子。

  本發明的技術方案:

  一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,包括如下步驟:

  步驟1:功能聚合物接枝改性坡縷石的制備

  (1)將坡縷石與酸液混合,過濾,洗滌至中性后,烘干,得到酸活化坡縷石;

  (2)將帶有雙鍵的硅烷偶聯劑與上述(1)提及的酸活化坡縷石反應,加熱反應1-2小時,過濾,洗滌至中性后,烘干得到硅烷改性坡縷石;

  所述硅烷偶聯劑為帶有雙鍵的硅烷偶聯劑,可以選用市場上常見的,包括但不限于:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷等。

  所述酸活化坡縷石的用量是硅烷偶聯劑質量份的0.5-1.5倍;

  (3)選用單體與上述(2)的硅烷改性坡縷石,制備聚合物接枝改性坡縷石;

  所述單體具有pH響應性,特指帶有氨基結構的堿性單體,包括但不限于:甲基丙烯酸二甲氨乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基甲酯、丙烯酸二乙氨基甲酯一種或幾種;所述單體還可以與其它常見乙烯基單體進行共聚,以調整成本和性能;

  單體接枝到坡縷石上的質量為坡縷石質量份的3%-25%;

  步驟2:接枝改性坡縷石與纖維的復合

  將步驟1中所述的聚合物接枝改性坡縷石與天然植物纖維進行充分攪拌、分散后,過濾,得到pH響應復合膜;植物纖維使用量是聚合物接枝改性坡縷石的0.1-1倍,以質量計。

  進一步,在步驟1的(1)中,所述酸液為0.15M-0.2M稀鹽酸,酸化溫度為常溫至回流,反應3-6小時。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟1 的(1)中可進一步加熱超聲回流增強酸化處理效果。

  進一步,在步驟1的(3)中,制備聚合物接枝改性坡縷石,60-80℃下反應3-6小時,根據需要進行N2保護。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟1 的(3)中單體接枝到坡縷石上的質量為坡縷石質量份的5%-15%。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟1 的(3)中實施方法是常規的自由基聚合方法。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟2 中所述天然植物纖維可以是木棉纖維、竹纖維、棉花纖維、楊柳絮纖維、劍麻纖維中的一種或上述多種的混雜纖維。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟2 中天然植物纖維使用量是聚合物接枝改性坡縷石的0.3-0.6倍,以質量計。

  根據本發明所述一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,進一步,在步驟2 中所述天然植物纖維經亞氯酸鈉預處理。

  本發明還提供一種多功能污水處理用pH響應復合膜,所述pH響應復合膜由上述多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法而制備。

  本發明還提供一種所述多功能污水處理用pH響應復合膜在污水處理上的應用,通過調節pH改變pH響應復合膜的潤濕性,從而控制其不同環境下的油水分離性能。

  發明詳述:

  本發明提供的一種多功能污水處理用pH響應復合膜的制備方法,該方法具體包括以下步驟:

  步驟1:功能聚合物接枝改性坡縷石的制備

  (1)將坡縷石與酸液混合,如有需要,還可進一步加熱超聲回流增強酸化處理效果。過濾,洗滌至中性后,烘干,得到酸活化坡縷石。

  (2)將帶有雙鍵的硅烷偶聯劑與上述(1)提及的酸活化坡縷石反應。過濾,洗滌至中性后,烘干得到硅烷改性坡縷石。

  所述硅烷偶聯劑為帶有雙鍵的硅烷偶聯劑,可以選用市場上常見的,包括但不限于:乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷等。

  所述酸活化坡縷石的用量是硅烷偶聯劑質量份的0.5-1.5倍。

  (3)選用單體與上述(2)的硅烷改性坡縷石,制備聚合物接枝改性坡縷石。

  所述單體具有pH響應性,特指帶有氨基結構的堿性單體,包括但不限于:甲基丙烯酸二甲氨乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基甲酯、丙烯酸二乙氨基甲酯等。單體是上述單體的一種或幾種組合物,還可以與其它常見乙烯基單體進行共聚,以調整成本和性能。單體接枝到坡縷石上的質量為坡縷石質量份的3%-25%,優選為5%-15%。

  所述的實施方法是常規的自由基聚合方法。

  步驟2:接枝改性坡縷石與纖維的復合

  將步驟1中所述的聚合物接枝改性坡縷石與天然植物纖維進行充分攪拌、分散后,過濾,得到pH響應復合膜。此復合膜可以用于污水處理的過濾層。

  所述植物纖維可以是木棉纖維、竹纖維、棉花纖維、楊柳絮纖維、劍麻纖維等任意一種,也可以是上述多種的混雜纖維。從性能的角度,優選分散性能優異、纖維強度較高的,同時可以考慮纖維成本,進行性價比的優選。植物纖維使用量是聚合物接枝改性坡縷石的0.1-1 倍,優選為0.3-0.6倍。

  在本發明范圍內,本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合,從而構成新的或優選的技術方案。

  本發明的有益效果為:

  (1)本發明設計聚合物改性坡縷石,使坡縷石負載了具有pH響應性的聚合物,將改性后的坡縷石與植物纖維物理混合制備了污水處理用pH響應復合膜,制備方法簡單快速。

  (2)本發明制備的污水處理用pH響應復合膜可以有效的進行油水分離,通過調節pH 改變復合膜的潤濕性。污水處理用pH響應復合膜在酸性條件下表現為超親水性,接觸角小于10°;在中性或堿性條件下表現為超疏水性,接觸角大于150°。通過調節親水或者親油性,從而控制其不同環境下的油水分離性能。

  (3)本發明制備的污水處理用pH響應復合膜同時可有效吸附有機染料和重金屬離子,在清除水溶性污染物領域具有很大的應用前景。(發明人李欣欣;金玲;王亦景;薛濤;徐業晟;施航;朱丁思;曲紫倩)

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