去除水中硝态氮用改性纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种去除水中硝态氮用改性纳滤膜及其制备方法。该改性纳滤膜是以带负电的纳滤膜为基质膜，在该基质膜的表面交替涂覆阳离子聚电解质和阴离子聚电解质，形成复合膜（阴离子聚电解质/阳离子聚电解质）n/基质膜，其中n=1～5。本发明专利技术是将纳滤膜进行改性处理，通过层层自组装技术引入阴离子聚电解质，使得纳滤膜表面具有较高的负电荷密度，以提高膜表面与溶液中阴离子的静电斥力，从而在保持低运行压力和高膜通量的基础上，提高硝态氮的截留效率，克服普通纳滤膜对单价无机离子截留率低的缺点。聚电解质改性的高负电纳滤膜作为去除水中硝态氮的新型膜材料，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环保领域，涉及一种硝态氮去除的方法，具体是通过聚电解质层层自组装技术(Layer-by-Layer，LbL)添加阴离子聚合电解质提高膜表面负电荷密度，从而提高纳滤对水中硝态氮去除的方法。
技术介绍
水中硝态氮的去除是个亟待解决的问题。目前，去除水中硝酸根的方法有离子交换法、反渗透法、电解法、催化还原法和生物反硝化法等。这些方法不同程度的存在能耗、投资、工艺运行、选择性差、处理效率低等问题。目前比较高效的方法是通过反渗透去除包括硝酸根离子在内的一些单价无机离子，虽然效果非常好，但设备昂贵、运行压力非常高从而导致运行成本非常高。纳滤膜自从八十年代末出现到现在一直被应用于各个领域，其性质介于超滤和反渗透之间，运行压力低，膜通量比较高。由于其表面一些官能团的解离或吸附一些带电的溶质使其表面带有一定电荷，对无机盐和小分子有机物分离非常有效，但相比于反渗透，纳滤膜对一价无机离子截留率比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对污水中硝态氮去除的实际需求，提出了一种用层层自组装技术对对纳滤膜进行改性，而得到的一种去除水中硝态氮用改性纳滤膜。本专利技术的目的之二在于提供该纳滤膜的制备方法。为实现上述目的。本专利技术采用如下技术方案: 一种去除水中硝态氮用改性纳滤膜，其特征在于该改性纳滤膜是以带负电的纳滤膜为基质膜，在该基质膜的表面交替涂覆阳离子聚电解质和阴离子聚电解质，形成复合膜(阴离子聚电解质/阳离子聚电解质)n/基质膜，其中n=l?5; 上述的阳离子聚电解质为:聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵； 上述的阴离子聚电解质为:聚对苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸； 一种制备上述的去除水中硝态氮用改性纳滤膜的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.将带负电的纳滤膜作为基质膜，基质膜层材质为聚酰胺(PA); b.将步骤a所得纳滤膜浸渍在I?3moI/L (请给出一个是适当的范围)的氢氧化钠溶液中使其表面水解5?30分钟，并用超纯水清洗； c.将步骤b所得纳滤膜浸渍在浓度为0.5?3.0mg/mL阳离子聚电解质溶液中10?30分钟，形成聚电解质复合纳滤膜，用超纯水冲洗； d.将步骤c所得纳滤膜再浸渍在浓度为I?5mg/mL的阴离子聚电解质溶液中，10?30分钟，形成聚电解质复合纳滤膜，用超纯水冲洗； e.重复步骤c和步骤d，得到复合膜(阴离子聚电解质/阳离子聚电解质)n/基质膜，其中n=l?5，； f.将步骤e所得复合膜浸渍在0.02mg/mL的戊二醛溶液中12?36小时，取出用超纯水冲洗、干燥，即得到去除水中硝态氮用改性纳滤膜。将本专利技术的纳滤膜剪裁合适大小，固定在平板式膜组件，用去离子水配制25?150mg/L浓度的硝酸钾溶液在纳滤设备进行膜分离实验，并测定硝态氮截留率;实验条件:温度20?40°C，pH=6?10，运行压力为0.6?1.5MPa，最后改性的纳滤膜片可通过水接触角、SEM、傅里叶红外、ζ电位的等来表征其形态结构及性质。本专利技术的特点和优点:大部分商业纳滤膜仅对小分子有机物以及二价无机盐具有较高的截留效果，对于单价无机离子截留率很低。本专利通过对纳滤膜进行改性，得到了一种高负电荷密度的纳滤膜，在保持低运行压力和高的膜通量的基础上，提高了纳滤处理过程去除硝态氣的性能。【具体实施方式】实施例一:研究了聚对苯乙烯磺酸钠通过层层自组装改性的ΝΤ102纳滤膜进行硝酸盐去除，本实施例的具体步骤为: (1).选用Microdyn-Nadir公司纳滤膜ΝΤ102作为改性基质膜，材质为聚酰胺； (2).将ΝΤ102纳滤膜浸渍在2mol/L的氢氧化钠溶液中使其表面水解，并用超纯水冲洗三次； (3).配制阳离子聚电解质溶液(聚醚酰亚胺PEI，Mw=75kDa)，浓度为0.5mg/mL，并调节pH为I，将2得到的商业膜浸渍在其中； (4).将阳离子聚电解质沉积的纳滤膜再浸渍在lmg/mL的阴离子聚电解质溶液(聚对苯乙烯磺酸钠PSS，Mw=100kDa)中20分钟形成聚电解质复合膜，用超纯水冲洗三次；(5).将4中的得到的膜片浸渍在0.02mg/mL的戊二醛溶液中24小时，保持恒温30°C干燥； (6).将5中得到的膜片取出用超纯水冲洗三次放至30°C烘箱干燥； (7).用去离子水配制100mg/L浓度的硝酸钾溶液，利用自行设计的错流式纳滤实验装置进行纳滤膜分离试验，膜有效面积为24cm2，在pH=7，压力为0.7MPa条件下测试； (8).利用紫外分光光度法测定硝酸盐截留率； (9).最后改性的纳滤膜片可通过水接触角SEM、傅里叶红外、ζ电位来表征其形态结构及性质。【主权项】1.一种去除水中硝态氮用改性纳滤膜，其特征在于该改性纳滤膜是以带负电的纳滤膜为基质膜，在该基质膜的表面交替涂覆阳离子聚电解质和阴离子聚电解质，形成复合膜(阴离子聚电解质/阳离子聚电解质)n/基质膜，其中n=l?5。2.根据权利要求1所述的去除水中硝态氮用改性纳滤膜，其特征在于所述的阳离子聚电解质为:聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵。3.根据权利要求1所述的去除水中硝态氮用改性纳滤膜，其特征在于所述的阴离子聚电解质为:聚对苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸。4.根据权利要求1?3中任一项所述的去除水中硝态氮用改性纳滤膜的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.将带负电的纳滤膜作为基质膜，基质层材质为聚酰胺(PA); b.将步骤a所得纳滤膜浸渍在I?3mol/L的氢氧化钠溶液中5-30分钟，使其表面水解，并用超纯水清洗； c.将步骤b所得纳滤膜浸渍在浓度为0.5?3.0mg/mL阳离子聚电解质溶液中10?30分钟，形成聚电解质复合纳滤膜，用超纯水冲洗； d.将步骤c所得纳滤膜再浸渍在浓度为I?5mg/mL的阴离子聚电解质溶液中，10?30分钟，形成聚电解质复合纳滤膜，用超纯水冲洗； e.重复步骤c和步骤d，得到复合膜(阴离子聚电解质/阳离子聚电解质)n/基质膜，其中η=1—5,； f.将步骤e所得复合膜浸渍在0.02mg/mL的戊二醛溶液中12?36小时，使得聚阳离子和聚阴离子通过戊二醛更好交联在一起，取出用超纯水冲洗、干燥，即得到去除水中硝态氮用改性纳滤膜。【专利摘要】本专利技术涉及一种。该改性纳滤膜是以带负电的纳滤膜为基质膜，在该基质膜的表面交替涂覆阳离子聚电解质和阴离子聚电解质，形成复合膜（阴离子聚电解质/阳离子聚电解质）n/基质膜，其中n=1～5。本专利技术是将纳滤膜进行改性处理，通过层层自组装技术引入阴离子聚电解质，使得纳滤膜表面具有较高的负电荷密度，以提高膜表面与溶液中阴离子的静电斥力，从而在保持低运行压力和高膜通量的基础上，提高硝态氮的截留效率，克服普通纳滤膜对单价无机离子截留率低的缺点。聚电解质改性的高负电纳滤膜作为去除水中硝态氮的新型膜材料，具有广阔的应用前景。【IPC分类】B01D61/00, B01D67/00, C02F1/44, B01D69/12【公开号】CN105536561【申请号】CN201510977173【专利技术人】刘建勇, 曹懿, 李明飞, 邹联沛, 钱光人 【申请人】上海大学【公开日】2016年5月4日【申请日】2015年12月23日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除水中硝态氮用改性纳滤膜，其特征在于该改性纳滤膜是以带负电的纳滤膜为基质膜，在该基质膜的表面交替涂覆阳离子聚电解质和阴离子聚电解质，形成复合膜（阴离子聚电解质/阳离子聚电解质）n/基质膜，其中n=1～5。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建勇，曹懿，李明飞，邹联沛，钱光人，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31