一种大通量超滤膜的制备方法与流程

本发明属于超滤膜技术领域，尤其是涉及一种大通量超滤膜的制备方法。

背景技术

膜技术是一种简便高效的水处理技术，在环保水处理领域的应用越来越广泛，并逐步成为世界可持续发展战略的基础之一。膜技术以其广泛的适用性被广泛应用于各个领域的水处理。然而，膜制备过程的复杂性和高成本是膜技术推广应用的一个重要障碍。能用于制备薄膜的材料有很多，其中以无机、陶瓷材料和有机、聚合物材料最为主要。由于无机、陶瓷材料用于制备薄膜时成本比较高且脆性大，机械强度小，所以近几年有机、聚合物材料被广泛用于制备薄膜且被用于处理表面水中的天然有机物。例如，近几年氧化石墨烯和聚偏二氟乙烯被广泛用于制备稳定的微滤膜、超滤膜、纳滤膜来处理水中的天然有机物。然而该制备过程复杂、成本高、且不环保。所以寻找新材料或者新的制备方法来降低成本和简化制备过程势在必行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种大通量超滤膜的制备方法，制备方法简单，成本低且具有较好的过滤效果，使用寿命长。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种大通量超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：高岭土与饱和的尿素溶液在55-70℃下用分散机在200r的转速下搅拌80h，烘干得到插层复合物，插层复合物加入到hcl溶液中进行超声，得到高岭土纳米片溶液；

步骤二：高岭土纳米片溶液用ph调节剂调节至ph>9，以使高岭土纳米片带上负电从而增加纳米片之间的斥力防止剥离所得的纳米片再重新聚集，之后再用高速搅拌机进行搅拌五分钟，由于高岭土纳米片的吸附作用一段时间后溶液的ph会降低，所以之后需重新调节ph>9，再用高速搅拌机进行搅拌五分钟，获得高岭土纳米片分散液；

步骤三：将步骤二中的得到的高岭土纳米片分散液与阳离子聚丙烯酰胺，通过层层堆叠的方法将高岭土纳米片负载到醋酸纤维素微滤膜表面。

进一步的，高岭土40-50g与50-100ml的饱和的尿素溶液混合。

进一步的，阳离子聚丙烯酰胺的分子量>700万，阳离子聚丙烯酰胺的溶度为0.1-10mg/l。

进一步的，ph调节剂为naoh或koh中的一种或两种。

进一步的，步骤三中高岭土纳米片的负载层数为1-300层。

进一步的，步骤一中高岭土纳米片为单层高岭土纳米片或多层高岭土纳米片。

进一步的，步骤一中hcl的浓度为1m，超声8-15min。

进一步的，步骤三中醋酸纤维素微滤膜的孔径为0.45um。

阳离子聚丙烯酰胺购自：天津市光复精细化工研究所。

相对于现有技术，本发明所述的大通量超滤膜的制备方法具有以下优势：

本发明所述的大通量超滤膜的制备方法，制备的高岭土超滤膜其初始通量是聚偏二氟乙烯超滤膜初始通量的十倍，并且还可以大大降低膜通量的衰减，减少膜污染，提高膜的使用寿命，提高水处理效率；阳离子聚丙烯酰胺交联剂通过静电作用增强高岭土纳米片间的结合力，提高了高岭土超滤膜在水中的稳定性，本发明方法简单易操作且易于规模化使用，利于推广。

附图说明

图1：在0.45um的醋酸纤维微滤膜表面以阳离子聚丙烯酰胺为交联剂，用层层堆叠方法负载50层高岭土纳米片的扫描电子显微镜图；

图2：负载10层高岭土纳米片的高岭土超滤膜的bet图。

图3：商业聚偏二氟乙烯超滤膜的bet图。

图4：用负载了10层的高岭土纳米片的高岭土超滤膜和商业聚偏二氟乙烯超滤膜过滤300mlbitlake、300mlzgcriver、300ml10mg/l的bsa(牛血清蛋白)、300ml10mg/lha(腐植酸)、300ml10mg/lsa(海藻酸钠)溶液来获得过滤有机物溶液时膜的初始通量图；

图5：加入cpam和al³⁺后高岭土纳米片的zeta电势图；

图6：加入cpam和al³⁺后高岭土纳米片的光度色散分析(pda)图；

图7：用负载了10层的高岭土纳米片的高岭土超滤膜过滤300mlbitlake、300mlzgcriver、300ml10mg/l的bsa(牛血清蛋白)、300ml10mg/lha(腐植酸)、300ml10mg/lsa(海藻酸钠)溶液来获得过滤有机物溶液时膜的相对通量图；

图8：商业聚偏二氟乙烯超滤膜过滤300mlbitlake、300mlzgcriver、300ml10mg/l的bsa(牛血清蛋白)、300ml10mg/lha(腐植酸)、300ml10mg/lsa(海藻酸钠)溶液来获得过滤有机物溶液时膜的相对通量图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

将50g高岭土在80ml饱和的尿素溶液中在65℃下用分散机在200r的转速下搅拌80h，之后将烘干得到的插层复合物加入到浓度为1m的hcl中在60℃下超声十分钟，得到高岭土纳米片溶液，之后将高岭土纳米片溶液用naoh调节至ph>9，再用高速搅拌机进行搅拌五分钟，之后再重新调节ph>9再用高速搅拌机进行搅拌五分钟来获取高岭土纳米片分散液。

之后取出高岭土溶液将其稀释到浓度为50mg/l作为储备液。取出两份50ml的储备液一份加入cpam，一份加入al³⁺并用光度分散仪进行测试并记录絮凝指数值(fi值)。

再取出两份50ml的储备液一份加入cpam，一份加入al³⁺并用zeta电位及粒度分析仪进行测试并记录zeta电势值。

如图5和图6所示，图5表明当zeta电势等于零时需要的al³⁺的量将近是cpam的100倍；图6表明当加入相同量的cpam和al³⁺时，加入cpam后的fi值要更大。通过图5和图6可知cpam对高岭土纳米片的胶粘性更好更适合做胶粘剂。

将1ml100ppm分子量为800万-1500万的的阳离子聚丙烯酰胺(cpam)滴到醋酸纤维素微滤膜上摇晃60s后倒出再用5ml的超纯水洗两次，之后加入2ml0.3g/l的高岭土在0.1mpa条件下进行压滤，后用5ml的超纯水洗三次，此时在醋酸纤维素微滤膜上就负载了一层高岭土，如此下去负载10层，后用200ml超纯水冲洗膜。

用负载了10层的高岭土纳米片的高岭土超滤膜和商业聚偏二氟乙烯超滤膜过滤300mlbitlake、300mlzgcriver、300ml10mg/l的bsa(牛血清蛋白)、300ml10mg/lha(腐植酸)、300ml10mg/lsa(海藻酸钠)溶液，同时用电子天平连接数据显示器采集数据，从而来获得过滤有机溶液时膜的初始通量图。

如图4所示，制备的高岭土超滤膜其初始通量大约是聚偏二氟乙烯超滤膜初始通量的十倍。

用负载了10层的高岭土纳米片的高岭土超滤膜和商业聚偏二氟乙烯超滤膜过滤300mlbitlake、300mlzgcriver、300ml10mg/l的bsa(牛血清蛋白)、300ml10mg/lha(腐植酸)、300ml10mg/lsa(海藻酸钠)溶液，同时用电子天平连接数据显示器采集数据，从而来获得过滤有机溶液时膜的相对通量图。

如图7和图8所示，制备的高岭土超滤膜在过滤300ml溶液后其相对通量降低的程度要小于商业聚偏二氟乙烯超滤膜。

初始通量是表征：膜的处理效率即膜在单位时间内可以处理废水的量。

相对通量是表征：膜的抗污染能力这是因为在废水处理中膜的孔道会被废水中的污染物堵住造成膜的污染从而导致相对通量的下降。

相对通量下降的越快(即曲线越陡)就表明膜的抗污染能力越差。

同时用电子天平连接数据显示器采集数据，从而来获得过滤有机溶液时膜的相对通量图。如图7和图8所示：制备的高岭土超滤膜在过滤300ml溶液后其相对通量降低的程度要小于商业聚偏二氟乙烯超滤膜。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。