[发明专利]一种金属离子选择性分离复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属离子选择性分离复合膜的制备方法。本发明属于膜分离技术领域。

背景技术

壳聚糖对金属离子具有良好的吸附性能，可应用于工业废水处理及自然水体净化等领域中。但由于其自身对金属离子的吸附无选择性，不利于被吸附金属离子的后续分离及资源化利用。分子印迹技术可使壳聚糖具备选择性吸附功能。本课题组通过引入分子印迹技术，成功制备出对Ni²⁺具有专属吸附性能的球形吸附剂(专利200610130671.5)。

膜分离技术是二十一世纪最重要的水处理技术，在一些特殊设备(如被动采样器)中膜状吸附剂更具优势。壳聚糖虽具良好的成膜性，但单一壳聚糖薄膜机械性能较差，不能满足膜分离技术领域的应用要求。聚偏氟乙烯亦具成膜性，机械性能好，还具有呈多孔状、比表面积大、耐酸碱等优点，因此是壳聚糖膜的理想骨架材料。此外，壳聚糖和聚偏氟乙烯来源广泛，成本低廉，适合批量生产与应用。

综上所述，利用聚偏氟乙烯作为壳聚糖膜骨架材料，同时引入分子印迹技术，合成对金属离子具有分离选择性的M离子印迹壳聚糖/聚偏氟乙烯复合膜，可大大提高壳聚糖膜机械性能，扩大其在膜分离技术领域的应用。

发明内容

本发明提供一种金属离子选择性分离复合膜的制备方法。以壳聚糖(CTS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、重金属M的可溶性盐为原料，通过溶胶-凝胶、模板化等工序，制备对金属M离子具有选择性分离功能的CTS(M)/PVDF复合薄膜。

制备过程包括如下步骤：

1)将金属M可溶性盐与壳聚糖一起溶于乙酸水溶液中，搅拌均匀并进行溶胀，得到溶液a；将聚偏氟乙烯粉末溶于二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，得到溶液b；

2)将1)中所得溶液a与溶液b混合，进行搅拌和溶胀，得到溶液c；

3)将2)中所得溶液c平铺于无纺布上，置于鼓风干燥箱中进行干燥；

4)将3)中烘干的无纺布置于氢氧化钠溶液中，从无纺布上分离得到均匀透明的薄膜d；

5)将4)中所得薄膜d进行水洗后置于稀H₂SO₄中进行振荡解吸，直至无M离子检出，再将薄膜d置于氢氧化钠溶液中固化，最后水洗至中性，得到对金属M离子具有选择性分离功能的CTS(M)/PVDF复合薄膜。

所述金属M离子可溶性盐与壳聚糖物质量之比为1∶0.01-100；

所述金属M为Zn、Cu、Cd、Ag、Cr、Ni、Pb、Fe、Pd、Al、Au、Hg、As、Mn、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y等金属；

所述金属M可溶性盐为金属M的氧化物、氯化物、硫酸盐或硝酸盐，其在乙酸溶液中浓度为0.0001-1000g/L；

所述壳聚糖与聚偏氟乙烯质量比为1∶0.001-1000；

所述壳聚糖在乙酸溶液中浓度为0.01-500g/L；

所述聚偏氟乙烯在二甲基乙酰胺溶液中浓度为0.01-500g/L；

所述CTS(M)/PVDF复合薄膜厚度为0.01-5mm。

本发明的优点及效果：经本发明方法制得的壳聚糖/聚偏氟乙烯(CTS(M)/PVDF)复合膜，质地均匀、透明，机械性能好，对金属M离子具有选择性分离功能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。这里仅指出，本发明中使用的试剂和测试设备除特别标明出处之外，均为市售的通用产品。

实施例1：

一种对金属镉离子具有选择性分离的CTS(Cd²⁺)/PVDF复合薄膜，以壳聚糖(CTS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、氯化镉(CdCl₂·2/5H₂O)为原料，通过溶胶-凝胶、模板化等工序而合成，其制备方法包括如下步骤：

1)将1.3g氯化镉与2.4g壳聚糖一起溶于200ml4％乙酸水溶液中，搅拌均匀并进行溶胀24h，得到溶液a；将0.8g聚偏氟乙烯粉末溶于80ml二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，得到溶液b；

2)将1)中所得溶液a与溶液b混合，进行搅拌和溶胀，得到溶液c；

3)将2)中所得溶液c平铺于10cm×10cm的无纺布上，置于鼓风干燥箱中40℃下进行干燥2h；

4)将3)中烘干的无纺布置于2％氢氧化钠溶液中，从无纺布上分离得到均匀透明的薄膜d；