[发明专利]一种金属离子的超滤膜去除方法

说明书

本发明公开一种金属离子的超滤膜去除方法。该方法以一种生物高分子螯合剂与金属离子螯合，然后通过超滤膜将螯合物截留以除去金属离子。该生物高分子具有成本低、螯合效率高、安全无毒和便于回收利用等特点。通过超滤膜去除螯合物具有压力小、通量高、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及金属离子去除技术，具体为一种结合丝胶螯合和超滤膜过滤去除金属离子的方法。

背景技术

有毒有机物和金属离子排入污水处理系统，可能损害生物处理厂的运作过程。从环境和生态方面来说，一般要求金属离子的去除应该满足节能，廉价等条件，但传统的水处理技术是无法去除金属离子使其污水浓度达到法律规定水平(还原或石灰沉淀过程)或成本极其昂贵(离子交换，活性炭吸附，电解去除过程)。应用压力驱动膜来隔离工业废料或天然水域中的金属离子或有机染料是很常见的。它具有高效、与其他技术能较好的兼容并且成本低廉等特点。微滤，纳滤和超滤的膜分离过程目前只限于截留较高分子量的物质，而无法去除所有的污染物分子。金属离子因尺寸较小可以通过反渗透(RO)，或者至少用纳滤膜去除。然而，这些技术使用致密的聚合物膜，大大提高了材料和运营成本。同样，胶束强化超滤技术(MEUF)已应用到水体系中离子和可溶性有机物的去除，其原理是通过静电吸引力和疏水相互作用。MEUF的缺点是单体表面活性剂分子会通过膜材料进入渗透侧水中。强化超滤(UF)的基本思路是大分子和金属离子结合形成复合物膜而被膜所截留，而未结合的离子将通过膜进入渗透液中。因此，成功的关键是找到合适的聚合物，使其有效的络合金属离子。在多年以来，多种聚合物已被用于去除水中的金属离子，例如弱碱性，阳离子壳聚糖、聚(亚胺)和聚(二烯丙基二甲基氯化铵)。由于水处理技术需要良性和安全的聚合物，研究人员最终关注到用天然材料去除水溶液中金属离子，例如粘土材料、农业废弃物、生物质、海洋生物和生物高分子壳聚糖等。蚕茧包含两个主要的蛋白质，丝素和丝胶。丝胶由20-30％蚕丝纤维构成，是一种水溶性糖蛋白。此外，丝胶蛋白由家蚕中部丝腺特殊合成。从家蚕中提取的丝胶，包括一系列多肽分子，分子质量为20-400kDa，富含丝氨酸。我们用此生物大分子(丝胶)，螯合金属离子，使这些金属离子的大小增加时，随着生物聚合物(丝胶)被超滤膜截留。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种生物高分子螯合剂与金属离子螯合，然后通过超滤膜将螯合物截留以除去金属离子。该生物高分子具有成本低、螯合效率高、安全无毒和便于回收利用等特点。通过超滤膜去除螯合物具有压力小、通量高、成本低的优点。

本发明解决所述金属离子去除的技术方案是，从蚕茧中提取丝素后的废料中得到丝胶，利用丝胶与金属离子络合成螯合物，该含有金属离子的螯合物可以通过低压高通量的超滤膜去除，被截留的丝胶可用EDTA再生回用。

与现有技术相比，本发明所用的生物大分子为丝胶，其具有成本低(蚕丝抽取丝素后的废弃物)、安全无毒(天然生物大分子)、吸附率高和可再生回用(与EDTA反应再生)等特点；同时形成的螯合物可方便的用超滤膜过滤除去，与反渗透法去除金属离子相比，具有操作压力低、通量高、使用寿命长的特点。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，提取一种天然丝胶与金属离子螯合，然后通过低压超滤将螯合物过滤，具体操作步骤为：

(1)、配制浓度为0-0.05wt％丝胶水溶液和浓度为50-130ppm的金属离子水溶液，选用的金属离子为第一副族、第二副族和第八族中易形成螯合物的金属离子。将丝胶溶液和金属离子溶液作为进水，进水压力为10-30psi，通过面积为1.6×10-3平方米的膜组件，膜的截留分子量为10000，在膜的另一侧收集透过液。

(2)、进样和透过液样品中金属离子的浓度用ICP-ES(Prodigy)测定。膜组件的截留率R％通过公式(1)计算得到，通量通J过公式(2)计算得到。