一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，在惰性气氛或空气中，由硅烷偶联剂KH‑560和KH‑550之间的溶胶‑凝胶反应制备杂化前驱体，将所得到的杂化前驱体加入到聚乙烯醇水溶液中进行反应，所得到的物质静置脱泡后得到涂膜液，然后将涂膜液在支撑体上涂膜得到膜片；也可以先将涂膜液用溶剂溶解，再涂膜以后得到膜片。干燥膜片即得到可用于脱除水中铜离子的杂化膜，它既可以带有支撑体，也可以不带有支撑体；对水中的铜离子具有较强的吸附能力，可采用吸附法脱除水中的铜离子。该杂化膜对铜离子脱除效率高、速度快，吸附性能可调，既可以用于水中铜离子的吸附脱除，也可以用于含铜废水中铜离子的净化处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水处理
，特别涉及利用溶胶-凝胶反应制备一种脱除水中铜离子的杂化膜的方法。
技术介绍
中国专利201310098223.1提出了一种去除水溶液中二价铜离子的方法，是将壳聚糖和环氧氯丙烷进行接枝共聚合成交联壳聚糖螯合树脂，再将交联壳聚糖与聚羟基铝交联膨润土进行插层处理，用改性膨润土去吸附水溶液中的二价铜离子；该方法主要是以改性膨润土复合材料来吸附铜离子，存在树脂与膨润土易分离脱落、稳定性差等缺点，其应用价值有限。中国专利200810034457.9提出了一种快速去除废水中金属铜离子的方法，是将活化的尼龙膜与壳聚糖键合，再用环氧氯丙烷改性至得到改性尼龙膜，由此用改性尼龙膜来吸附铜离子；该方法存在反应步骤多，程序繁杂等缺点，其应用价值有限。中国专利201310249680.6提出了一种铜离子印迹聚合物吸附剂的制备方法，是以铜离子为模板离子，乙烯基吡啶和丙烯酰胺为双功能单体，在甲醇溶液中，以乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，引发剂引发制备铜离子印迹聚合物吸附剂，该方法存在反应步骤多，程序繁杂等缺点，其应用价值有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，以克服现有技术的上述缺陷，为水中铜离子(Cu2+)的脱除和含铜废水的净化处理提供一条新途径。为实现此目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，步骤如下：①、在惰性气氛或空气中，在10～100℃的温度条件下，将硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(简称KH-550)加入到γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH-560)中，其加入量以体积比计KH-560：KH-550＝1～0.1：10，溶解后进行溶胶-凝胶反应1～48h，制备得到杂化前驱体；②、在质量百分浓度为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，加入上述制备得到的杂化前驱体，其加入量以质量(g)/体积(mL)计，PVA：杂化前驱体＝1：0.1～10，再继续反应1～24h，将所得到的物质静置脱泡后得到涂膜液；③、将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，室温下放置1～48h，将膜片与支撑体分离，然后再将膜片在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下干燥1～48h，冷却后即得到不带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜；或者，将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，然后在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下，将支撑体和膜片一起共同干燥1～48h，即得到带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜。作为本专利技术的第二种技术方案，一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，步骤如下：①、在惰性气氛或空气中，在10～100℃的温度条件下，将硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(简称KH-550)加入到γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH-560)中，其加入量以体积比计KH-560：KH-550＝1～0.1：10，溶解后进行溶胶-凝胶反应1～48h，制备得到杂化前驱体；②、在质量百分浓度为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，加入上述制备得到的杂化前驱体，其加入量以质量(g)/体积(mL)计，PVA：杂化前驱体＝1：0.1～10，再继续反应1～24h，将所得到的物质静置脱泡后得到涂膜液；③、将静置脱泡所得到的涂膜液先用溶剂溶解，然后将所得到的物质在支撑体上涂膜至得到膜片，接着将支撑体和膜片共同在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下干燥1～48h，即得到带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜；或干燥后将膜片与支撑体分离，即得到不带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜。作为优选技术方案，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丁醇或正丁醇。所述支撑体选用聚四氟乙烯板(Teflon板)、玻璃板、Al203陶瓷、二氧化硅陶瓷、二氧化钛陶瓷、二氧化锆陶瓷、聚乙烯膜、涤纶布、锦纶布、玻璃纤维布、尼龙布或无纺布。所述干燥选用真空干燥、对流干燥、传导干燥、紫外线干燥、红外线干燥、微波干燥或机械脱水干燥。所述涂膜选用流动涂膜、浸渍涂膜、喷洒涂膜、刮膜或旋转涂膜。本专利技术的有益效果表现在：1)、制备的杂化膜吸既可以带有支撑体，也可以不带有支撑体；它对水中铜离子具有较强的吸附脱除能力，既可以用于水中铜离子的吸附脱除，也可以用于含铜废水中铜离子的吸附分离和净化处理，消除其对环境和人类的危害。2)、与现有技术相比较，本专利技术采用溶胶-凝胶反应制备用于脱除水中铜离子的杂化膜，其突出特点是借助于杂化膜分子链上带有的功能基团(即KH-550上含有氨基，KH-560上含有环氧基团)与水溶液中铜离子之间的络合作用来增加杂化膜对铜离子的吸附脱除能力；该杂化膜可以制成工业膜分离装置用于水中低浓度铜离子的吸附脱除以及吸附后剩余液的膜过滤，且铜离子的吸附和吸附后剩余液的膜过滤可以同步进行，所以操作简单，对于低浓度废水的分离更加快捷有效，它能够满足工业生产中大规模脱除低浓度废水中铜离子的实际需求。3)、与中国专利201310098223.1提出的将壳聚糖和环氧氯丙烷进行接枝共聚，再与聚羟基铝交联膨润土进行插层处理，制备改性膨润土复合材料来吸附铜离子的方法相比，本专利技术的杂化膜制膜工艺简单，杂化膜分子链上含有两种功能基团，膜均匀稳定，不易脱落，铜离子的吸附速度快，吸附后剩余液的膜过滤可以同步进行，可以制成工业化膜分离装置用于工业生产中低浓度含铜废水的规模化吸附分离及净化处理。4)、与中国专利200810034457.9提出的将活化的尼龙膜与壳聚糖键合，再用环氧氯丙烷改性至得到改性尼龙膜来吸附铜离子的方法相比，本专利技术的制膜工艺更简单，膜的热稳定性更高，对铜离子的吸附速度快，脱除效果更好。5)、与中国专利201310249680.6提出的以铜离子为模板离子，制备铜离子印迹聚合物吸附剂的方法相比，本专利技术的杂化膜制膜工艺更简单，对铜离子的吸附速度快，脱除效果更好。附图说明图1为不同KH-550添加量的铜离子吸附曲线图2为不同pH的铜离子吸附曲线；图3为不同接触时间的铜离子吸附曲线；图4为不同浓度硫酸铜溶液的铜离子吸附曲线；图5为不同温度的铜离子吸附曲线。具体实施方式以下通过具体实施例进一步详细说明本专利技术的一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法。实施例1一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，其制备步骤如下所述：(1)5％(质量比)的PVA水溶液的配制：向装有搅拌器的250mL容器中加入50g平均聚合度为1750±50的聚乙烯醇(PVA)，再添加适量的去离子水，在空气中，在92℃温度条件下，不断搅拌容器中的PVA和水的混合物直至PVA完全溶解，继续搅拌3h至得到溶液，冷却后将该溶液转移至1000mL容量瓶中，添加一定量的去离子水，震荡均匀，再添加适量的去离子水至溶液达到容量瓶的满刻度为止，再震荡均匀，由此配制1000g质量百分浓度为5％的PVA水溶液。(2)涂膜液的制备：将干净的体积为250mL的烧杯放在磁力搅拌器上，在空气中，在25℃温度条件下(通常反应温度在20～100℃均可，本实施例中选择在室温25℃的条件下进行)，向烧杯中加入2mL的硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH-56本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，其特征是步骤如下：①、在惰性气氛或空气中，在10～100℃的温度条件下，将硅烷偶联剂γ‑氨丙基三乙氧基硅烷(简称KH‑550)加入到γ‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH‑560)中，其加入量以体积比计KH‑560：KH‑550＝1～0.1：10，溶解后进行溶胶‑凝胶反应1～48h，制备得到杂化前驱体；②、在质量百分浓度为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，加入上述制备得到的杂化前驱体，其加入量以质量(g)/体积(mL)计，PVA：杂化前驱体＝1：0.1～10，再继续反应1～24h，将所得到的物质静置脱泡后得到涂膜液；③、将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，室温下放置1～48h，将膜片与支撑体分离，然后再将膜片在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下干燥1～48h，冷却后即得到不带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜；或者，将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，然后在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下，将支撑体和膜片一起共同干燥1～48h，即得到带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜。

【技术特征摘要】
1.一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，其特征是步骤如下：①、在惰性气氛或空气中，在10～100℃的温度条件下，将硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(简称KH-550)加入到γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH-560)中，其加入量以体积比计KH-560：KH-550＝1～0.1：10，溶解后进行溶胶-凝胶反应1～48h，制备得到杂化前驱体；②、在质量百分浓度为5％的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，加入上述制备得到的杂化前驱体，其加入量以质量(g)/体积(mL)计，PVA：杂化前驱体＝1：0.1～10，再继续反应1～24h，将所得到的物质静置脱泡后得到涂膜液；③、将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，室温下放置1～48h，将膜片与支撑体分离，然后再将膜片在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下干燥1～48h，冷却后即得到不带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜；或者，将静置脱泡后的涂膜液直接在支撑体上涂膜至得到膜片，然后在10～100℃、相对湿度为50％～90％的条件下，将支撑体和膜片一起共同干燥1～48h，即得到带有支撑体的可用于脱除水中铜离子的杂化膜。2.一种脱除水中铜离子的杂化膜的制备方法，其特征是步骤如下：①、在惰性气氛或空气中，在10～100℃的温度条件下，将硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(简称KH-550)加入到γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(简称KH-560)中，其加入量以体积比计KH-560：K...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊生，李永雨，马志启，胡科研，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34