專利名稱：一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合平板聚砜膜及其制備方法，特別是涉及一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)由于其分離過程簡單、分離速度快、分離精度高、節(jié)省能源、使用壽命 長、操作方便、應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊等特點，近年來發(fā)展十分迅速。雙酚A型聚砜力學(xué)性能優(yōu)異，剛性大，耐磨，高強(qiáng)度，即使在高溫下也能保持優(yōu)良的力學(xué)性能，熱穩(wěn)定性高，耐水解，尺寸穩(wěn)定性好，成型收縮率小，無毒，耐輻射，化學(xué)穩(wěn)定性好。聚砜膜秉承了聚砜本身的特點，不僅具有優(yōu)良的滲透性，而且有優(yōu)良的耐溫性、耐溶劑性和高的機(jī)械強(qiáng)度，因此，在超濾、微濾、反滲透、固定化載體等方面得到了廣泛應(yīng)用。但同時也帶來了新的問題，其中膜污染就是一個突出的問題。膜污染嚴(yán)重，致使透水率降低，因此，必須采取一定措施來減小膜的污染程度，其中關(guān)鍵是膜材料的選擇和改性。通過選擇一些合適的有機(jī)或無機(jī)材料進(jìn)行共混，制備復(fù)合聚砜膜，使膜的性能進(jìn)一步改善并表現(xiàn)出一些新的性能，有利于水中難降解污染物的去除。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題本發(fā)明以納米氧化鋅、活性炭顆粒、聚砜和1-甲基-2-卩比咯烷酮共混，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法，制造摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。技術(shù)方案一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜，所述的膜內(nèi)部為指狀孔結(jié)構(gòu)，膜厚為20(T250 y m，膜的表層及孔的內(nèi)部均分布著活性炭顆粒和納米氧化鋅顆粒。所述摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜，其制備方法含有以下步驟
(1)以質(zhì)量百分比(0.5^1) :5:20:100取納米氧化鋅、活性炭、聚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮，配制鑄膜液取100份1-甲基-2-吡咯烷酮置于容器中，加入0. 5^1份納米氧化鋅，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻，再加入5份活性炭，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻，最后加入20份聚砜顆粒，于5(T70°C攪拌器攪拌8h直至聚砜完全溶解，將溶解好的溶液恒溫靜置于水中，脫泡1-2天，得到鑄膜液；
(2)將裝有鑄膜液的容器貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的液體緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為20(T250 y m的平板膜中間體；
(3)將推好的平板膜在空氣中靜置15 20s，隨后浸入15 25°C恒溫凝固浴，凝固浴為去離子水，20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。所述聚砜為雙酚A與4，4_ 二氯二苯聚砜縮聚而成的雙酚A型聚砜，分子量100000^116500,型號為蘇威聚砜P-1700 ;所述活性碳顆粒平均粒徑小于25 y m ;所述納米氧化鋅顆粒粒徑為20 30nm。有益效果
(I)本發(fā)明采用納米氧化鋅、活性炭與聚砜共混方法，采用了合理的溶劑與添加物的質(zhì)量比，制備得到的復(fù)合平板聚砜膜，提高了膜的親水性和水通量。(2)活性炭顆粒的加入，使膜結(jié)構(gòu)更疏松，孔徑變大，提高了膜的吸附能力，并且能提聞有機(jī)物傳質(zhì)的速率。(3)納米氧化鋅的加入，在活性炭的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高了膜的吸附能力、親水性能和抗污染能力，并且納米氧化鋅還可在紫外光照射下光催化降解水體中難降解污染物。(4)采用了通用高分子材料聚砜，活性炭顆粒采用廉價的椰殼粉末活性炭，納米氧化鋅屬于價格便宜的納米顆粒，使制備成本大大降低。(5)該制膜方法簡單易行，膜的性能得到大大改善，實際應(yīng)用性強(qiáng)。


圖1為摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜表面的掃描電子顯微鏡 圖2為摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜斷面的掃描電子顯微鏡 圖3為摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的EDS表征圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實施例I
(I)本發(fā)明一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法
第一步，將活性炭和納米氧化鋅分別用去離子水清洗，超聲40min后離心，將聚砜用去離子水清洗，超聲40min，然后分別將活性炭、納米氧化鋅、聚砜放入80°C真空干燥箱中，干燥時間為24h。第二步，以質(zhì)量百分比0. 5:5:20:100取納米氧化鋅、活性炭、聚砜、1-甲基_2_批咯烷酮配制鑄膜液取IOOgl-甲基-2-批咯烷酮置于錐形瓶；再將0. 5g納米氧化鋅置于上述錐形瓶中，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻；再將5g活性炭置于上述錐形瓶中，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻；最后將20g聚砜顆粒置于上述錐形瓶中，于60°C磁力攪拌器上攪拌8h至溶液完全溶解；將溶解好的溶液靜置于50°C恒溫水浴箱中，脫泡2天，得到鑄膜液。第三步，將裝有鑄膜液的錐形瓶頸部貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，使其呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的原料緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為200^250 u m的平板膜中間體。第四步，將推好的平板膜在空氣中靜置20s，隨后浸入20°C恒溫凝固浴中，凝固浴為去離子水。20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。(2)通過掃描電子顯微鏡觀測，實施例I得到的膜內(nèi)部為指狀孔結(jié)構(gòu)，膜厚為2001501!!!!,該膜的表層及孔的內(nèi)部均分布著活性炭顆粒，如圖1和圖2所示。從圖3的EDS表征圖可以看出，納米氧化鋅已經(jīng)均勻混合到該平板膜中。靜滴接觸角實驗得到接觸角為63°，在20°C、0.1MPa壓力下，膜的純水通量為195L/m2/h，對牛血清蛋白分子的截留率為 94%。(3)對水體中污染物的吸附效果檢測將膜剪成6cm的正方形，放入錐形瓶中，再加入80ml濃度為10mg/L的硝基苯溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘120 轉(zhuǎn)，溫度控制在 25°C振蕩 24h, 10min、20min、30min、lh、2h、3h、4h、6h、8h、12h、24h 分別取樣，用液相色譜儀測定硝基苯濃度，膜的吸附能力為8. 14mg/g。(4)對水體中污染物的光催化去除效果檢測取1. 2g/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用蒸餾水配成濃度為5mg/l的硝基苯溶液，取IOOml進(jìn)行實驗。將制備好的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜加入硝基苯溶液中，以20w的滅菌燈為光源，波長為254nm，反應(yīng)12h后取樣，用液相色譜儀進(jìn)行分析，其降解率可達(dá)到72. 33%。
實施例2
(I)本發(fā)明一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法
第一步，將活性炭和納米氧化鋅分別用去離子水清洗，超聲40min后離心，將聚砜用去離子水清洗，超聲40min，然后分別將活性炭、納米氧化鋅、聚砜放入80°C真空干燥箱中，干燥時間為24h。第二步，以質(zhì)量百分比1:5:20:100,取納米氧化鋅、活性炭、聚砜、1-甲基-2-卩比咯烷酮配制鑄膜液取IOOgl-甲基-2-吡咯烷酮置于250ml錐形瓶；再將Ig納米氧化鋅置于上述錐形瓶中，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻；再將5g活性炭置于上述錐形瓶中，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻；最后將20g聚砜顆粒置于上述錐形瓶中，于60°C磁力攪拌器上攪拌8h至溶液完全溶解；將溶解好的溶液靜置于50°C恒溫水浴箱中，脫泡2天，得到鑄膜液。第三步，將裝有鑄膜液的錐形瓶頸部貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，使其呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的原料緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為200^250 u m的平板膜中間體。第四步，將推好的平板膜在空氣中靜置20s，隨后浸入20°C恒溫凝固浴中，凝固浴為去離子水。20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。(2)所得膜的特征靜滴接觸角實驗得到接觸角為60°，在20°C、0.1MPa壓力下，膜的純水通量為213L/m2/h，對牛血清蛋白分子的截留率為94%。(3)對水體中污染物的吸附效果檢測將膜剪成6cm的正方形，放入250ml的錐形瓶中，再加入80ml濃度為10mg/L的硝基苯溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘 120 轉(zhuǎn)，溫度控制在 25°C振蕩 24h, 10min、20min、30min、lh、2h、3h、4h、6h、8h、12h、24h分別取樣，用液相色譜儀測定硝基苯濃度，膜的吸附能力達(dá)到8. 23mg/g。(4)對水體中污染物的光催化去除效果檢測取1. 2g/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用蒸餾水配成濃度為5mg/l的硝基苯溶液，取IOOml進(jìn)行實驗。將制備好的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜加入硝基苯溶液中，以20w的滅菌燈為光源，波長為254nm，反應(yīng)12h后取樣，用液相色譜儀進(jìn)行分析，其降解率可達(dá)到73. 64%。實施例3
(I)僅摻雜活性炭的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法
第一步，將活性炭用去離子水清洗，超聲40min后離心，再將聚砜用去離子水清洗，超聲40min，然后分別將活性炭和聚砜放入80°C真空干燥箱中，干燥時間為24h。第二步，以質(zhì)量百分比1:4:20，取活性炭、聚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮配制鑄膜液取IOOgl-甲基-2-吡咯烷酮置于250ml錐形瓶；再將5g活性炭置于上述錐形瓶中，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻；最后將20g聚砜顆粒置于上述錐形瓶中，于60°C磁力攪拌器上攪拌Sh至溶液完全溶解；將溶解好的溶液靜置于50°C恒溫水浴箱中，脫泡2天，得到鑄膜液。第三步，將裝有鑄膜液的錐形瓶頸部貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，使其呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的原料緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為200^250 u m的平板膜中間體。第四步，將推好的平板膜在空氣中靜置20s，隨后浸入20°C恒溫的凝固浴，凝固浴為去離子水。20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種僅摻雜活性炭的復(fù)合平板聚砜膜。
(2)僅摻雜活性炭的復(fù)合平板聚砜膜的特征靜滴接觸角實驗得到接觸角為75°，在20°C、0.1MPa壓力下，膜的純水通量為180L/m2/h，對牛血清蛋白分子的截留率為94%。(3)僅摻雜活性炭的復(fù)合平板聚砜膜對水體中污染物的吸附效果將膜剪成6cm的正方形，放入250ml的錐形瓶中，再加入80ml濃度為10mg/L的硝基苯溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘120轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩24h，10min、20min、30min、Ih、2h、3h、4h、6h、8h、12h、24h分別取樣，用液相色譜儀測定硝基苯濃度，膜的吸附能力為 8. 04mg/g。(4)僅摻雜活性炭的復(fù)合平板聚砜膜對水體中污染物的光催化去除效果取1.2g/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)忙備液，用蒸懼水配成濃度為5mg/l的硝基苯溶液,取IOOml進(jìn)行實驗。將制備好的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜加入硝基苯溶液中，以20w的滅菌燈為光源，波長為254nm，反應(yīng)12h后取樣，用液相色譜儀進(jìn)行分析，其降解率只有1.87%。實施例4
(I)未摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法第一步，將聚砜用去離子水清洗，超聲40min，然后放入80°C真空干燥箱中，干燥時間為 24h。第二步，以質(zhì)量百分比1:5，取聚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮配制鑄膜液取IOOgl-甲基-2-吡咯烷酮置于250ml錐形瓶；再取20g聚砜顆粒置于上述錐形瓶中，于60°C磁力攪拌器上攪拌8h至溶液完全溶解；將溶解好的溶液靜置于50°C恒溫水浴箱中，脫泡2天，得到鑄膜液。第三步，將裝有鑄膜液的錐形瓶頸部貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，使其呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的原料緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為200^250 u m的平板膜中間體。第四步，將推好的平板膜在空氣中靜置20s，隨后浸入20°C恒溫的凝固浴，凝固浴為去離子水。20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種未摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。(2)未摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的特征靜滴接觸角實驗得到接觸角為78°。在20°C、0.1MPa壓力下，膜的純水通量為125L/m2/h，對牛血清蛋白分子的截留率為93%。(3)未摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜對水體中污染物的吸附效果將膜剪成6cm的正方形，放入250ml的錐形瓶中，再加入80ml濃度為10mg/L的硝基苯溶液，然后將錐形瓶密封放在恒溫振蕩箱中，以每分鐘120轉(zhuǎn)，溫度控制在25°C振蕩24h，IOmin,20min、30min、lh、2h、3h、4h、6h、8h、12h、24h分別取樣，用液相色譜儀測定硝基苯濃度。膜的吸附能力為4. 26mg/g。(4)未摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜對水體中污染物的光催化去除效果取1. 2g/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用蒸餾水配成濃度為5mg/l的硝基苯溶液，取IOOml進(jìn)行實驗。將制備好的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜加入硝基苯溶液中，以20w的滅菌燈為光源，波長為254nm，反應(yīng)12h后取樣，用液相色譜儀進(jìn)行分析，其降解率只有1. 64%o
權(quán)利要求
1.一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜，其特征在于，所述的膜內(nèi)部為指狀孔結(jié)構(gòu)，膜厚為20(Γ250 μ m，膜的表層及孔的內(nèi)部均分布著活性炭顆粒和納米氧化鋅顆粒。
2.如權(quán)利要求I所述的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法，其特征在于該方法的制備步驟如下(1)以質(zhì)量百分比(O.5^1) :5:20:100取納米氧化鋅、活性炭、聚砜、I-甲基_2_吡咯烷酮，配制鑄膜液取100份I-甲基-2-吡咯烷酮置于容器中，加入O. 5^1份納米氧化鋅，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻，再加入5份活性炭，經(jīng)超聲震蕩分散并攪拌均勻，最后加入20份聚砜顆粒，于5(T70°C攪拌器攪拌8h直至聚砜完全溶解，將溶解好的溶液恒溫靜置于水中， 脫泡1-2天，得到鑄膜液；(2)將裝有鑄膜液的容器貼近玻璃板，使鑄膜液緩慢流到玻璃板一端，呈一字排開，然后用刮膜刀將排開的液體緩慢推至玻璃板另一端，得到厚度為20(Γ250μπι的平板膜中間體；(3)將推好的平板膜在空氣中靜置15 20s，隨后浸入15 25°C恒溫凝固浴，凝固浴為去離子水，20min后，將該平板膜從凝固浴中取出，浸入去離子水中，浸泡3天后取出，在室溫下晾干，即得到一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜。
3.如權(quán)利要求2所述的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法， 其特征在于所述聚砜為雙酚A與4，4_ 二氯二苯聚砜縮聚而成的雙酚A型聚砜，分子量 10000(Tll6500。
4.如權(quán)利要求2所述的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法，其特征在于所述活性碳顆粒平均粒徑小于25 μ m。
5.如權(quán)利要求2所述的摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜的制備方法，其特征在于所述納米氧化鋅顆粒粒徑為20 30nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻雜活性炭和納米氧化鋅的復(fù)合平板聚砜膜及其制備方法，制備步驟是將納米氧化鋅、活性炭顆粒、聚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮四者按質(zhì)量百分比(0.5~1):5:20:100混合，經(jīng)超聲振蕩分散、攪拌至完全溶解、脫泡、推膜，推好的膜在空氣中靜置15~20s后浸入水凝固浴中20min，之后放入去離子水中浸泡3天后取出。本發(fā)明提供的復(fù)合平板聚砜膜可以提高膜的抗污染和吸附性能，還能在紫外光照射下進(jìn)行光催化，有效去除水體中難降解污染物。
文檔編號B01D71/68GK102974236SQ20121050854
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者李軼, 吳悅, 王晴, 王玉明, 王大偉, 胡磊 申請人:河海大學(xué)