[發明專利]一種聚乙烯基咪唑功能化的聚砜微濾膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010084380.7
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111266023B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 王蕊欣;劉葉峰;左鵬;陳南;王飛;高保嬌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/10;C02F101/22
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬高分子膜材料技術領域，為了解決目前多孔膜對鉻酸根和砷酸根的離子濾除效率低等問題，提供一種聚乙烯基咪唑功能化的聚砜微濾膜及其制備方法和應用，以聚砜膜為基膜，氯甲基化改性后表面鍵合上芳叔胺基團；置于含乙烯基咪唑單體及油溶性引發劑的二甲基甲酰胺溶液中，在芳叔胺和BPO或AIBN構成的氧化還原型表面引發體系作用下，在膜表面接枝聚合，得到聚乙烯基咪唑功能化的聚砜微濾膜PSF?g?PVI。制備方法簡單、操作容易。對鉻酸根和砷酸根陰離子有強的吸附作用，以其為濾膜進行膜分離過程，有效地去除毒性陰離子。為微孔濾膜，具有高的流通量，且兼具有聚砜膜優良的力學性能、熱穩定性、化學穩定性等。

技術領域

本發明屬于高分子膜材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯基咪唑功能化的聚砜微濾膜及其制備方法和應用，用于高效截留水中毒性陰離子的應用。

背景技術

鉻酸鹽和砷酸鹽是有毒的陰離子污染物，會污染水系統，進入食物鏈，造成人類的致命疾病。六價鉻(Cr (VI))被認為是一種劇毒物質，其鉻酸鹽進入人體后會引起癌癥、突變和致畸性。含五價砷As (V)的砷酸鹽已被列為I類人類致癌物，砷的暴露會導致皮膚和各種內部癌癥以及其他疾病，如心血管和神經系統疾病。因此，迫切需要開發水處理策略降低水中鉻酸和砷酸濃度以達到飲用水和工業廢水的容許水平(飲用水中的允許濃度分別為0.05 mg / L和10μg / L)。化學沉淀法、混凝/絮凝法、離子交換法、吸附法、生物過程等多種方法已被廣泛應用于水中As (V) 和Cr (VI)類物質的去除。然而，這些方法存在各種弊端，如有毒污泥的形成和昂貴的運行成本。吸附雖然是一項簡單的技術，但大多數吸附劑都有一定的缺點，如吸附親和力低、可回收性差、運行維護成本較高等。

目前，壓力驅動膜過濾方法作為新型分離技術，由于其模塊化的靈活性、有限的空間要求、易于規模化和環保，在工業廢水的處理與水環境的保護方面得到了廣泛的應用。雖然膜分離技術已經被用于去除水中的鉻酸鹽和砷酸鹽，但傳統的膜分離技術存在一定的局限性。

微濾膜、超濾膜和納濾膜這三種工業用膜，其分離功能僅基于篩分機制或尺寸排斥效應，因此很難從水生介質中對小分子物質進行排斥或去除。只有那些尺寸大于膜孔尺寸的顆粒才能被排斥和去除。鉻酸根(CrO₄^2-)和砷酸根(AsO₄^3-)的離子半徑分別為0.240和0.248 nm，很明顯，要從水中去除它們，微濾膜(孔隙大小為0.1 -10μm)和超濾膜(1 - 100nm)的孔隙大小則不能適用，其效率太低，即使使用孔徑為1-2納米的納濾膜，在水中溶解的離子如CrO₄^2-和AsO₄^3-也很難被完全除去。

因此，近年來，設法對多孔膜進行接枝改性使膜表面功能化，在多孔膜表面接枝具有吸附功能的大分子是一種新穎且十分有效的途徑，從而有效地去除染料。然而，到目前為止，在多孔膜上進行接枝聚合較為困難，通常采用不同的輻射誘導聚合方法，包括紫外線照射、射線誘導、電子束處理和低溫等離子體處理，這些方法不僅操作困難、設備復雜、成本高，而且在實施過程中，基膜往往會受到一定程度的損傷。

發明內容

本發明為了解決目前多孔膜對鉻酸根(CrO₄^2-)和砷酸根(AsO₄^3-)的離子濾除效率低等問題，提供了一種聚乙烯基咪唑功能化的聚砜微濾膜及其制備方法和應用，所述制備方法新穎、工藝簡單，且對毒性陰離子具有較高截留能力的聚乙烯基咪唑功能化聚砜微孔濾膜。

本發明所用的氯甲基化聚砜CMPSF可以按照文獻[萘甲酸功能化聚砜的制備及其與Eu(Ⅲ)稀土離子配合物的熒光發射特性，王明娟，高保嬌，杜俊玫，應用化學,2013，30(3):283-289] 中所述方法制備，其膜厚約200μm，孔徑為0.1 - 1μm，氯含量為2mmol/g。