液；然后置于水熱釜內(nèi)襯中，400W超聲混勻 60min，于180°C反應(yīng)12h，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫即得未改性石墨烯水凝膠。
[0080] 實(shí)施例5
[0081] 一種去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，由陰極功能膜、陽極膜和絕緣膜壓 制，包括如下步驟：
[0082] 1)陰極功能膜的制備：將一定量的改性石墨烯水凝膠置于模具中，填充均勻，填 充量為l〇〇g/m2,施加壓力0. 2MPa，壓制時(shí)間120s即得陰極功能膜；
[0083] 2)陽極膜的制備：以未改性的石墨烯水凝膠為原料，填充量為80g/m2,制備方法同 步驟1)制得陽極模；
[0084] 3)膜的壓制：以多孔介電薄膜作為絕緣膜，置于陰極功能膜和陽極膜之間，施加 壓力0. 2MPa，壓制時(shí)間120s，即得具有陰極功能膜/絕緣膜/陽極膜三層結(jié)構(gòu)的電化學(xué)選 擇性膜。
[0085] 所述陰極功能膜薄膜比表面積200m2/g，孔隙率85%，孔徑為0. 4~1. 2 μ m，厚度 450 μm，含氮量為8% ;
[0086] 所述陽極膜薄膜比表面積300m2/g，孔隙率80 %，孔徑為0. 4~1. 2 μ m，厚度 400 μ m ；
[0087] 所述絕緣膜孔隙率為50 %，孔徑為0· 8~I. 2 μ m，厚度為200 μ m，材質(zhì)為尼龍纖 維；
[0088] 所述改性石墨烯水凝膠的制備方法，包括如下步驟：首先將氧化石墨烯加去離子 水配成氧化石墨烯濃度為2mg/mL的水溶液；然后置于水熱釜內(nèi)襯中，每IOOmL水溶液中加 入三聚氰胺200mg ;最后500W超聲混勻60min，于200°C反應(yīng)24h，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫 即得改性石墨烯水凝膠；
[0089] 所述未改性石墨烯水凝膠的制備方法，包括如下步驟：首先將氧化石墨烯加去 離子水配成氧化石墨烯濃度為2mg/mL的水溶液；然后置于水熱釜內(nèi)襯中，500W超聲混勻 60min，于200°C反應(yīng)24h，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫即得未改性石墨烯水凝膠。
[0090] 實(shí)施例6
[0091] 一種利用上述實(shí)施例4制備的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，包括如下步驟：
[0092] 首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為0V，然后將含鉛離子、汞離子、鎘離 子均為50ppb的原水調(diào)節(jié)pH值為8,以50L/h · m2的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜，進(jìn) 行電化學(xué)選擇吸附240min ;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至 I. 2V，調(diào)整原水流速至450L/h · m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生5min，完成水處理及膜再生過程。
[0093] 實(shí)施例7
[0094] 一種利用上述實(shí)施例4制備的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，包括如下步驟：
[0095] 首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為-0. 8V，然后將含鉛離子、汞離子、鎘 離子均為IOOppb的原水調(diào)節(jié)pH值為10,以100L/h ·Π 12的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜， 進(jìn)行電化學(xué)選擇吸附240min ;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至 I. 2V，調(diào)整原水流速至700L/h · m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生6min，完成水處理及膜再生過程。 [0096] 實(shí)施例8
[0097] -種利用上述實(shí)施例4制備的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，包括如下步驟：
[0098] 首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為-0. 8V，然后將含鉛離子、汞離子、鎘 離子均為I. 5ppm的原水調(diào)節(jié)pH值為7,以200L/h ·Π 12的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜， 進(jìn)行電化學(xué)選擇吸附120min ;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至 I. 2V，調(diào)整原水流速至500L/h · m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生8min，完成水處理及膜再生過程。
[0099] 實(shí)施例9
[0100] 一種利用上述實(shí)施例4制備的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，包括如下步驟：
[0101] 首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為-I. 2V，然后將含鉛離子、汞離子、鎘 離子均為20ppm的原水調(diào)節(jié)pH值為6,以120L/h · m2的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜， 進(jìn)行電化學(xué)選擇吸附50min ;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至 I. 5V，調(diào)整原水流速至200L/h · m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生5min，完成水處理及膜再生過程。
[0102] 實(shí)施例10
[0103] 一種利用上述實(shí)施例4制備的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，包括如下步驟：
[0104] 首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為-I. 2V，然后將含鉛離子、采離子、鎘 離子均為200ppm的原水調(diào)節(jié)pH值為5,以150L/h ·ηι2的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜， 進(jìn)行電化學(xué)選擇吸附40min ;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至 I. 5V，調(diào)整原水流速至200L/h · m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生6min，完成水處理及膜再生過程。
[0105] 對(duì)上述實(shí)施例6-10的污水處理效果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出水率和重金屬離子去除率 (以單個(gè)實(shí)施例鉛離子、汞離子和鎘離子去除率平均值計(jì)算，取整數(shù)），結(jié)果如表1 :
[0106] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，由陰極功能膜、陽極膜和絕緣膜壓制， 其特征在于，所述陰極功能膜由改性石墨烯水凝膠制備；所述陽極膜由未經(jīng)改性的石墨烯 水凝膠制備；所述絕緣膜為多孔介電薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，其特征在于，所述 改性石墨烯水凝膠是以三聚氰胺和氧化石墨烯為原料，采用水熱法制備的，包括如下步 驟：以氧化石墨烯為前驅(qū)體，加去離子水配成水溶液后置于水熱釜內(nèi)襯中，加入三聚氰胺， 200-500W超聲混勻30~60min后進(jìn)行反應(yīng)，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫即得改性石墨烯水凝 膠。
3. 如權(quán)利要求2所述的去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，其特征在于，所述水 溶液中氧化石墨稀的濃度為1~2mg/mL。
4. 如權(quán)利要求2所述的去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，其特征在于，所述三 聚氰胺加入量為每IOOmL水溶液中加入50~200mg。
5. 如權(quán)利要求2所述的去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，其特征在于，反應(yīng)的 溫度為150_200°C，時(shí)間為8-24h。
6. 如權(quán)利要求1所述的去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜，其特征在于，所述未 改性石墨烯水凝膠的制備方法，包括如下步驟：首先將氧化石墨烯加去離子水配成氧化石 墨稀濃度為1~2mg/mL的水溶液；然后置于水熱爸內(nèi)襯中，200-500W超聲混勾30~60min， 于150-200°C反應(yīng)8-24h，所得反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫即得未改性石墨烯水凝膠。
7. 如權(quán)利要求1所述去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟： 1) 陰極功能膜的制備：將一定量的改性石墨烯水凝膠置于模具中，填充均勻，填充量 為50~100g/m2,施加壓力0? 05~0? 2MPa，壓制時(shí)間45- 120s即得陰極功能膜； 2) 陽極膜的制備：以未改性的石墨烯水凝膠為原料，填充量為30~80g/m2,，制備方法 同步驟1)制得陽極模； 3) 膜的壓制：以多孔介電薄膜作為絕緣膜，置于陰極功能膜和陽極膜之間，施加壓力 0. 05~0. 2MPa，壓制時(shí)間45- 120s，即得具有陰極功能膜、絕緣膜和陽極膜三層結(jié)構(gòu)的電 化學(xué)選擇性膜。
8. 如權(quán)利要求7所述去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜的制備方法，其特征在 于，所述多孔介電薄膜材質(zhì)為醋酸纖維或尼龍纖維。
9. 一種利用如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)選擇性膜處理污水的方法，其特征在于，包括 如下步驟：首先對(duì)陽極膜和陰極功能膜施加電壓，電壓為0~I. 2V，然后將含重金屬離子的 原水調(diào)節(jié)pH值為5-10,以50~200L/h 的流速通過所述的電化學(xué)選擇性膜，進(jìn)行電化學(xué) 選擇吸附40~240min;然后將陽極膜和陰極功能膜電壓極性反轉(zhuǎn)，調(diào)整電壓大小至1. 2~ 1. 5V，調(diào)整原水流速至200~700L/h?m2,進(jìn)行電化學(xué)脫附再生6min，完成水處理及膜再生 過程。
10. 如權(quán)利要求9所述的處理污水的方法，其特征在于，所述原水的重金屬離子含量為 50ppb~200ppm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除水中重金屬離子的電化學(xué)選擇性膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。以三聚氰胺和氧化石墨烯為原料，采用水熱法制備改性石墨烯水凝膠，將其與未改性石墨烯水凝膠和多孔介電薄膜制備成一種適應(yīng)性強(qiáng)、選擇性高、吸附率高、使用壽命長(zhǎng)的電化學(xué)選擇性膜。該膜對(duì)鉛離子、汞離子和鎘離子的最大吸附量分別為130-150mg/g、300-350mg/g和200-250mg/g，產(chǎn)水率達(dá)80％以上，重金屬離子去除率達(dá)92％以上，經(jīng)過3000次吸附/脫附再生周期后，吸附容量保持在初始容量的95％以上，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，對(duì)環(huán)境友好，為工業(yè)化和規(guī)?；コ兄亟饘匐x子提供了一種新材料、新方法和新應(yīng)用。
【IPC分類】B01D69-02, B01D71-02, C02F1-46, B01D67-00, C02F1-62, B01D71-06
【公開號(hào)】CN104772045
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510128904
【發(fā)明人】曲久輝, 吉慶華, 劉會(huì)娟, 劉銳平, 蘭華春, 葉輝, 劉宴輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 上海城市水資源開發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日