[发明专利]一种重金属离子吸附型分离膜用改性PVDF的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及一种重金属离子吸附型分离膜用原料改性聚偏氟乙烯的制备方法，该PVDF可用于制备对汞、铜、镉、镍、铬、铅等重金属离子具有高效吸附功能的分离膜。

背景技术

近年来，化学及冶金工业中含有铅、铜、镉、铬、汞等重金属离子的废水污染正日趋严重，重金属离子污染已成为严重的社会和环境问题，是目前迫切需要解决的经济发展与环境健康、饮水安全方面的关键难题。

目前，无害化处理含重金属离子废水的主要方法有膜分离法、电化学沉淀法、离子交换法、吸附及生物处理法等。其中，膜分离技术与其它相比具有诸多优点，如选择性好，可实现分子级别的物质分离；可常温操作，无相变化，能耗低，费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8；分离过程为物理过程，无需添加化学试剂。因此，膜分离技术在重金属废水处理领域得到了广泛的应用。

膜分离技术的核心是膜材料。但是，采用传统膜分离技术处理含重金属离子废水，由于分离膜材料本身对重金属离子没有选择吸附作用，要实现“零排放”或“微排放”，要么需借助于离子交换等辅助手段，要么需采用反渗透等复杂工艺过程，从而导致处理工艺成本高、过程复杂。因此，开发对重金属离子具有选择性吸附的分离膜材料，对简化重金属离子废水处理工艺，降低处理成本具有重要的意义。

当前高分子分离膜研究和应用的膜材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有良好的耐腐蚀性、疏水性、防污性等性能，已在众多高分子膜材料中成 为佼佼者，并已形成一系列较为成熟的PVDF分离膜制品。

PVDF是以-CH₂-CF₂-为结构单元的链状结晶性聚合物，其分子中的碳链呈锯齿形排列，氢原子被电负性较大的氟原子取代后，与相邻的氟原子相互排斥，从而使得氟原子不在同一平面内，并沿碳链作螺旋分布，故在碳链的四周被一系列性质稳定的氟原子所包围，这种几乎无间隙的空间屏障使得任何原子或基团都不能进入其结构内部而破坏碳链。正是这种特殊的结构使得PVDF膜具有许多独特的优点，它的压电系数大、频响宽、机械强度好、质轻、柔软、耐冲击、声阻抗易匹配、易加工成大面积、不受水和化学药品的污染、价格便宜等。

但是，PVDF分离膜本身对重金属离子没有吸附效果。目前，对PVDF进行改性用于重金属离子吸附的研究报道不少，但改性研究大多是在PVDF分离膜基膜上接枝对重金属离子具有吸附功能的基团，或者将重金属离子吸附剂与PVDF共混后一起制膜。基膜表面接枝改性的特点是改性发生在膜表面层，对材料本体的性质影响不大，但重金属离子吸附能力的大小受接枝程度的影响较大。共混制膜存在两相间相容性的问题，影响到膜的性能稳定性。

目前，有关对PVDF进行超支化改性用于水体中重金属离子吸附的报道不多，但超支化改性可以赋予材料表面大型功能性基团。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种重金属离子吸附型分离膜用改性PVDF的制备方法，所述改性PVDF为由树状大分子聚酰胺-胺(PAMAM)对PVDF粉末进行超支化改性制得，记为PVDF-PAMAM粉末。所述的PVDF-PAMAM粉末可用于制备对汞、铜、铅、镉、镍、钼等重金属离子具有高效吸附作用的平板分离膜或中空纤维分离膜。

本发明所述的PVDF-PAMAM粉末为一种重金属离子吸附型分离膜用原料，其PAMAM超支化改性的代数对利用该原料制备的分离膜的重金属离子吸附能力影响很大。分离膜吸附重金属离子的能力随PAMAM超支化改性代数的增加而显著增大。

利用本发明所述的一种重金属离子吸附型分离膜用改性PVDF制备的平板分离膜或中空纤维分离膜可高效吸附重金属离子，且吸附重金属离子后可通过清洗液清洗高效回收吸附的重金属离子，分离膜可以重复使用。

本发明所述一种重金属离子吸附型分离膜用改性PVDF，具体制备步骤如下：

(1)PVDF粉料的预处理。准确称取一定质量的KOH，并用无水乙醇配制成浓度1.0～2.0mol/L的溶液200mL，置于烧杯中，加入40～45g PVDF粉末，在50～60℃条件下磁力搅拌15～30分钟后，抽滤，并用去离子水清洗，直至清洗液pH为7左右。抽滤后将预处理的PVDF粉末烘干备用。