[發(fā)明專利]一種用于水凈化的過濾膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610179124.X
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105797596B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李杰;唐成春;羅翰;徐學文;胡龍
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;B01D69/02;B01J20/02;B01J20/28;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/30
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司12002
• 代理人: 李益書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體地涉及一種用于水凈化的過濾膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球人口的迅速增加和工業(yè)化進程的加快，特別在發(fā)展中國家，水污染和水資源的匱乏正嚴重地威脅著人類的健康和生命。在各種水處理方法中，吸附因其低成本、高效且易于操作已被證明是最有效的方法之一，傳統(tǒng)使用的水處理和凈化吸附材料為活性炭，其不僅價格便宜而且易于制備合成。然而，由于活性炭的局域非極性特點，導致其對水中污染物吸附能力低，吸附速率慢，重復利用率低，特別是對毒性重金屬離子的吸附能力很弱。這些缺陷使活性炭無法滿足成分日益復雜的污水處理和凈化中的應用。此外，活性多孔氮化硼具有豐富的孔結(jié)構(gòu)、高的比表面積、高的表面吸附活性、耐化學腐蝕性、熱穩(wěn)定性和高溫化學惰性等特點，使其不僅適用于高溫或酸堿等極端環(huán)境處理有機染料、金屬離子、油污等各種污染物，而且再生和重復利用更加容易、安全和經(jīng)濟。

但是，活性多孔BN和多孔BN均是是以粉末狀態(tài)存在的。山東大學的催得良教授課題組通過固態(tài)高壓方法合成了比表面積為215m²/g的超薄氮化硼空心微米球，這種空心球?qū)A性黃和亞甲基藍的吸附容量達到191.7mg/g和116.5mg/g(Lian,G.；Zhang,X.；Zhang,S.；Liu,D.；Cui,D.；Wang,Q.EnergyEnviron.Sci.2012,5,7072-7080)。同時，他們用一步溶劑熱法，在高壓釜中制備出直徑為8納米的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，雖然比表面積只有114.5m²/g，但對亞甲基藍具有較快的吸附速率，最大吸附容量高的327.8mg/g(Lian,G.；Zhang,X.；Si,H.；Wang,J.；Cui,D.；Wang,Q.ACSAppl.Mater.Interfaces 2013,5,12773-12778)。2013年，澳大利亞迪肯大學的Ying Chen教授課題組在Nature Communications上報道了一種多孔氮化硼納米片，比表面積為1427m²/g，該納米片能移除比它自身重33倍的乙二醇和29倍的工業(yè)石油(Lei,W.；Portehault,D.；Liu,D.；Qin,S.；Chen,Y.Nat.Commun.2013,4,1777)，且具有高效的可重復利用性。哈爾濱工業(yè)大學的于杰教授課題組報道的氮化硼片狀微米球的比表面積雖然只有196.5m²/g，但對水中的Pb²⁺和Cd²⁺的吸附容量達到678.7mg/g和107mg/g(Lian,G.；Zhang,X.；Si,H.；Wang,J.；Cui,D.；Wang,Q.ACSAppl.Mater.Interfaces 2013,5,12773-12778)。因為粉末態(tài)容易團聚從而導致表面吸附活性位減少，吸附能力下降，并且為了使活性氮化硼從水溶液中分離出來，需要通過過濾或者高速離心，從而耗費大量的時間和能量，所以其水凈化效果不能完全滿足人們水處理與凈化的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種對水中有機和重金屬污染物具有高的過濾吸附活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、滲透性好和易于重復使用的活性氮化硼過濾膜。這種活性氮化硼過濾膜采用兩步制備：第一步，將活性氮化硼均勻分散在硝酸溶液中；第二步，通過真空抽濾法，將溶液過濾，形成活性氮化硼過濾膜。這種過濾膜不添加任何粘結(jié)劑，節(jié)約了材料且減少環(huán)境 污染，合成簡單(不需高溫處理)，易于大規(guī)模生產(chǎn)，從而降低活性氮化硼過濾膜的制造成本。活性氮化硼具有大的表面積、高孔體積、化學惰性、高的機械強度、優(yōu)良的柔韌性、豐富的羥基和有機表面功能團，以及耐化學腐蝕性等物理與化學特性。因此，活性氮化硼是一個理想的制備過濾膜的材料。同時，這種新型由于水凈化的過濾膜具有高吸附能力和優(yōu)良的機械強度，其拉伸強度高達150MPa。當濃度為20mg/L的亞甲基藍溶液以20mL/min的恒定流速通過過濾膜時，能將溶液中亞甲基藍染料分子幾乎完全移除的時間高達100min，也就是說，其濾液在實驗進行100min后才檢測到亞甲基藍的存在。對于活性炭過濾吸附柱來說，能完全從混合溶液中移除亞甲基藍染料分子的時間僅為5min，幾乎相當于活性氮化硼過濾膜的1/20。此外，因其高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，故展現(xiàn)出優(yōu)異再生重復利用能力。對于水溶液中的亞甲基藍染料分子，經(jīng)過10次再生/過濾吸附循環(huán)后，活性氮化硼過濾膜的處理能力的沒有明顯的下降。故所得活性氮化硼過濾膜克服了傳統(tǒng)活性炭過濾柱水凈化效率低，熱穩(wěn)定性低和再生能力差等的缺陷，在水處理與凈化領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。