去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種硝態(tài)氮去除的方法，具體是通過聚電解質(zhì)層層自組裝技術(shù)(Layer-by-Layer，LbL)添加陰離子聚合電解質(zhì)提高膜表面負電荷密度，從而提高納濾對水中硝態(tài)氮去除的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水中硝態(tài)氮的去除是個亟待解決的問題。目前，去除水中硝酸根的方法有離子交換法、反滲透法、電解法、催化還原法和生物反硝化法等。這些方法不同程度的存在能耗、投資、工藝運行、選擇性差、處理效率低等問題。目前比較高效的方法是通過反滲透去除包括硝酸根離子在內(nèi)的一些單價無機離子，雖然效果非常好，但設(shè)備昂貴、運行壓力非常高從而導(dǎo)致運行成本非常高。
[0003]納濾膜自從八十年代末出現(xiàn)到現(xiàn)在一直被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其性質(zhì)介于超濾和反滲透之間，運行壓力低，膜通量比較高。由于其表面一些官能團的解離或吸附一些帶電的溶質(zhì)使其表面帶有一定電荷，對無機鹽和小分子有機物分離非常有效，但相比于反滲透，納濾膜對一價無機離子截留率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于針對污水中硝態(tài)氮去除的實際需求，提出了一種用層層自組裝技術(shù)對對納濾膜進行改性，而得到的一種去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜。
[0005]本發(fā)明的目的之二在于提供該納濾膜的制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜，其特征在于該改性納濾膜是以帶負電的納濾膜為基質(zhì)膜，在該基質(zhì)膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)，形成復(fù)合膜(陰離子聚電解質(zhì)/陽離子聚電解質(zhì))n/基質(zhì)膜，其中n=l?5;
上述的陽離子聚電解質(zhì)為:聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨； 上述的陰離子聚電解質(zhì)為:聚對苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸；
一種制備上述的去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:
a.將帶負電的納濾膜作為基質(zhì)膜，基質(zhì)膜層材質(zhì)為聚酰胺(PA);
b.將步驟a所得納濾膜浸漬在I?3moI/L (請給出一個是適當?shù)姆秶?的氫氧化鈉溶液中使其表面水解5?30分鐘，并用超純水清洗；
c.將步驟b所得納濾膜浸漬在濃度為0.5?3.0mg/mL陽離子聚電解質(zhì)溶液中10?30分鐘，形成聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜，用超純水沖洗；
d.將步驟c所得納濾膜再浸漬在濃度為I?5mg/mL的陰離子聚電解質(zhì)溶液中，10?30分鐘，形成聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜，用超純水沖洗；
e.重復(fù)步驟c和步驟d，得到復(fù)合膜(陰離子聚電解質(zhì)/陽離子聚電解質(zhì))n/基質(zhì)膜，其中n=l?5，；
f.將步驟e所得復(fù)合膜浸漬在0.02mg/mL的戊二醛溶液中12?36小時，取出用超純水沖洗、干燥，即得到去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜。
[0007]將本發(fā)明的納濾膜剪裁合適大小，固定在平板式膜組件，用去離子水配制25?150mg/L濃度的硝酸鉀溶液在納濾設(shè)備進行膜分離實驗，并測定硝態(tài)氮截留率;實驗條件:溫度20?40°C，pH=6?10，運行壓力為0.6?1.5MPa，最后改性的納濾膜片可通過水接觸角、SEM、傅里葉紅外、ζ電位的等來表征其形態(tài)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。
[0008]本發(fā)明的特點和優(yōu)點:大部分商業(yè)納濾膜僅對小分子有機物以及二價無機鹽具有較高的截留效果，對于單價無機離子截留率很低。本專利通過對納濾膜進行改性，得到了一種高負電荷密度的納濾膜，在保持低運行壓力和高的膜通量的基礎(chǔ)上，提高了納濾處理過程去除硝態(tài)氣的性能。
【具體實施方式】
[0009]實施例一:研究了聚對苯乙烯磺酸鈉通過層層自組裝改性的ΝΤ102納濾膜進行硝酸鹽去除，本實施例的具體步驟為:
(1).選用Microdyn-Nadir公司納濾膜ΝΤ102作為改性基質(zhì)膜，材質(zhì)為聚酰胺；
(2).將ΝΤ102納濾膜浸漬在2mol/L的氫氧化鈉溶液中使其表面水解，并用超純水沖洗三次；
(3).配制陽離子聚電解質(zhì)溶液(聚醚酰亞胺PEI，Mw=75kDa)，濃度為0.5mg/mL，并調(diào)節(jié)pH為I，將2得到的商業(yè)膜浸漬在其中；
(4).將陽離子聚電解質(zhì)沉積的納濾膜再浸漬在lmg/mL的陰離子聚電解質(zhì)溶液(聚對苯乙烯磺酸鈉PSS，Mw=100kDa)中20分鐘形成聚電解質(zhì)復(fù)合膜，用超純水沖洗三次；
(5).將4中的得到的膜片浸漬在0.02mg/mL的戊二醛溶液中24小時，保持恒溫30°C干燥；
(6).將5中得到的膜片取出用超純水沖洗三次放至30°C烘箱干燥；
(7).用去離子水配制100mg/L濃度的硝酸鉀溶液，利用自行設(shè)計的錯流式納濾實驗裝置進行納濾膜分離試驗，膜有效面積為24cm2，在pH=7，壓力為0.7MPa條件下測試；
(8).利用紫外分光光度法測定硝酸鹽截留率；
(9).最后改性的納濾膜片可通過水接觸角SEM、傅里葉紅外、ζ電位來表征其形態(tài)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。
【主權(quán)項】
1.一種去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜，其特征在于該改性納濾膜是以帶負電的納濾膜為基質(zhì)膜，在該基質(zhì)膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)，形成復(fù)合膜(陰離子聚電解質(zhì)/陽離子聚電解質(zhì))n/基質(zhì)膜，其中n=l?5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜，其特征在于所述的陽離子聚電解質(zhì)為:聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜，其特征在于所述的陰離子聚電解質(zhì)為:聚對苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: a.將帶負電的納濾膜作為基質(zhì)膜，基質(zhì)層材質(zhì)為聚酰胺(PA); b.將步驟a所得納濾膜浸漬在I?3mol/L的氫氧化鈉溶液中5-30分鐘，使其表面水解，并用超純水清洗； c.將步驟b所得納濾膜浸漬在濃度為0.5?3.0mg/mL陽離子聚電解質(zhì)溶液中10?30分鐘，形成聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜，用超純水沖洗； d.將步驟c所得納濾膜再浸漬在濃度為I?5mg/mL的陰離子聚電解質(zhì)溶液中，10?30分鐘，形成聚電解質(zhì)復(fù)合納濾膜，用超純水沖洗； e.重復(fù)步驟c和步驟d，得到復(fù)合膜(陰離子聚電解質(zhì)/陽離子聚電解質(zhì))n/基質(zhì)膜，其中η=1—5,； f.將步驟e所得復(fù)合膜浸漬在0.02mg/mL的戊二醛溶液中12?36小時，使得聚陽離子和聚陰離子通過戊二醛更好交聯(lián)在一起，取出用超純水沖洗、干燥，即得到去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種去除水中硝態(tài)氮用改性納濾膜及其制備方法。該改性納濾膜是以帶負電的納濾膜為基質(zhì)膜，在該基質(zhì)膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)，形成復(fù)合膜（陰離子聚電解質(zhì)/陽離子聚電解質(zhì)）n/基質(zhì)膜，其中n=1～5。本發(fā)明是將納濾膜進行改性處理，通過層層自組裝技術(shù)引入陰離子聚電解質(zhì)，使得納濾膜表面具有較高的負電荷密度，以提高膜表面與溶液中陰離子的靜電斥力，從而在保持低運行壓力和高膜通量的基礎(chǔ)上，提高硝態(tài)氮的截留效率，克服普通納濾膜對單價無機離子截留率低的缺點。聚電解質(zhì)改性的高負電納濾膜作為去除水中硝態(tài)氮的新型膜材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】B01D61/00, B01D67/00, C02F1/44, B01D69/12
【公開號】CN105536561
【申請?zhí)枴緾N201510977173
【發(fā)明人】劉建勇, 曹懿, 李明飛, 鄒聯(lián)沛, 錢光人
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月23日