一种金属吸附膜及其制备方法

本发明涉及聚合物膜制备，具体涉及一种金属吸附膜及其制备方法。

背景技术：

1、工业的发展导致水环境的污染越来越严重，冶金，化工，电子等生产过程中产生大量的含重金属离子的废水对人类健康产生极大危害。常见的重金属废水处理方法包括化学沉淀法，电解法、离子交换法等，但这些方法都存在着能耗高、二次污染、但是存在成本较高、操作复杂、后处理不易的问题。吸附是从工业废水中去除重金属离子广泛采用的方法。

2、目前已开发的吸附剂主要有活性炭、合成树脂、廉价吸附剂等，包括工业副产物、农业废料、生物质和聚合物材料如沸石、粘膨润、高岭、粉煤灰、泥煤以及生物质、生物活性污泥等，氧化物如氧化铝、氧化铁、氧化硅等，生物吸附剂如甲壳素、壳聚糖、环糊精、淀粉等。

3、聚乙烯亚胺(pei)是一种典型的水溶性聚合物，结构上分为直链型聚乙烯亚胺(l-pei)和支化聚乙烯亚胺(b-pei)。分子链上都拥有大量的氨基n原子，pei大分子链上丰富的n原子使其具有很强的亲质子型，在随溶液中，当ph小于10时，其分子链上的氨基多处于质子化状态，可以有效地对金属离子产生吸附效果同时pei的分子中的伯胺和仲胺官能团，可以与金属离子形成配位键，进而对金属离子产生吸附作用。

4、但是现有的聚乙烯亚胺在水中主要以游离的离子存在，单独使用聚乙烯亚胺作为吸附剂会出现不易分离、回收困难，同时容易引入聚乙烯亚胺中的离子造成二次污染。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种金属吸附膜及其制备方法，解决了大分子量聚乙烯亚胺无法接枝在膜上的问题，增加了金属吸附膜上的聚乙烯亚胺的含量，提高了对金属离子的吸附效果。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种金属吸附膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、将聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺共混制备聚偏氟乙烯/聚乙烯亚胺共混膜；

5、s2、将所述共混膜在碱性条件下改性，接枝第二分子量聚乙烯亚胺，形成所述金属吸附膜；

6、所述第一分子量聚乙烯亚胺的分子量为70～700k，所述第二分子量聚乙烯亚胺的分子量为2～70k。

7、进一步，步骤s1中所述聚偏氟乙烯/聚乙烯亚胺共混膜采用相转化法制备得到。

8、进一步，步骤s1的具体步骤为：将聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺粉末共混溶于非极性质子溶剂中形成膜液，将所述膜液刮涂在无纺布上支撑，涂膜完成后放置于纯水中12～24h，待相分离完成，膜结构完成。

9、进一步，步骤s1中所述聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺的质量比为9：2～5，聚偏氟乙烯在混合溶液中的质量浓度为8％～18％，所述非极性质子溶剂为n,n-二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺。

10、进一步，步骤s2中共混膜碱化的具体步骤为：将所述共混膜整体浸入碱化液中常温下碱化一定时间，将膜取出，纯水冲洗后保存在水中，碱化液为质量分数为10％～20％的naoh乙醇溶液，碱化的时间为10～15min。

11、进一步，步骤s2中接枝第二分子量聚乙烯亚胺的具体方法为：将碱化后的共混膜浸入含有第二分子量聚乙烯亚胺的接枝溶液中进行接枝，接枝完成后置于盐酸溶液中活化，接枝时间为3～8h，温度为50～80℃，活化时间为2～12h。

12、进一步，所述接枝溶液由第二分子量聚乙烯亚胺溶于碳酸钠溶液制成，所述第二分子量聚乙烯亚胺的质量浓度为1～15％，碳酸钠的浓度为1～1.5mol/l，盐酸溶液的ph为1～3。

13、进一步，所述第一聚乙烯亚胺和第二聚乙烯亚胺为支链聚乙烯亚胺。

14、第二方面，本发明提供了一种金属吸附膜，由上述制备方法制备得到。

15、本发明的有益效果是：本发明通过将聚偏氟乙烯与高分子量的聚乙烯亚胺制备共混膜，然后在共混膜上接枝低分子量的聚乙烯亚胺制备得到金属吸附膜，避免了大分子量聚乙烯亚胺无法接枝在膜上的问题，增加了金属吸附膜上的聚乙烯亚胺的含量，提高了对金属离子的吸附效果。

16、聚乙烯亚胺具有很好的亲水性，在水相中以大分子形式存在，从而可以非常迅速吸附金属离子，pei分子中可用于配位的基团(伯胺、仲胺)含量比例非常高，质量比重达到34.9％，单位质量吸附金属离子的量非常大，由于吸附容量高，所需吸附剂的量远低于常规吸附剂；pei适用于较宽金属离子浓度范围的溶液、较高的吸附速率和吸附容量，以及高选择性，且具有生物可溶性，在使用过程中不会对环境造成二次污染。

技术特征：

1.一种金属吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述聚偏氟乙烯/聚乙烯亚胺共混膜采用相转化法制备得到。

3.根据权利要求2所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤s1的具体步骤为：将聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺粉末共混溶于非极性质子溶剂中形成膜液，将所述膜液刮涂在无纺布上支撑，涂膜完成后放置于纯水中12～24h，待相分离完成，膜结构完成。

4.根据权利要求3所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺的质量比为9：2～5，聚偏氟乙烯在混合溶液中的质量浓度为8％～18％，所述非极性质子溶剂为n,n-二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺。

5.根据权利要求1所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中共混膜碱化的具体步骤为：将所述共混膜整体浸入碱化液中常温下碱化一定时间，将膜取出，纯水冲洗后保存在水中，碱化液为质量分数为10％～20％的naoh乙醇溶液，碱化的时间为10～15min。

6.根据权利要求1所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中接枝第二分子量聚乙烯亚胺的具体方法为：将碱化后的共混膜浸入含有第二分子量聚乙烯亚胺的接枝溶液中进行接枝，接枝完成后置于盐酸溶液中活化，接枝时间为3～8h，温度为50～80℃，活化时间为2～12h。

7.根据权利要求6所述的金属吸附膜的制备方法，其特征在于，所述接枝溶液由第二分子量聚乙烯亚胺溶于碳酸钠溶液制成，所述第二分子量聚乙烯亚胺的质量浓度为1～15％，碳酸钠的浓度为1～1.5mol/l，盐酸溶液的ph为1～3。

8.根据权利要求1-7任一项所述的金属吸附膜，其特征在于，所述第一聚乙烯亚胺和第二聚乙烯亚胺为支链聚乙烯亚胺。

9.一种金属吸附膜，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种金属吸附膜及其制备方法和应用，包括如下步骤：S1、将聚偏氟乙烯与第一分子量聚乙烯亚胺共混制备聚偏氟乙烯/聚乙烯亚胺共混膜；S2、将所述共混膜在碱性条件下改性，接枝第二分子量聚乙烯亚胺，形成所述金属吸附膜，所述第一分子量聚乙烯亚胺的分子量为70～700K，所述第二分子量聚乙烯亚胺的分子量为2～70K。该金属吸附膜解决了大分子量聚乙烯亚胺无法接枝在膜上的问题，增加了金属吸附膜上的聚乙烯亚胺的含量。

技术研发人员：闫志国,陈金辉,李雁博,何禄英,闫珅,李少平,徐慢,王存文
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22