[实用新型]用于去除重金属的化学改性纳米过滤中空纤维膜

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于水处理、尤其是有效从水中去除重金属(例如铅、铬酸盐、砷、镉)的具有独特结构的改性纳米过滤中空纤维膜。

背景技术

水稀缺是个世界性难题，尤其是在干燥区域。接下来的几十年里，形式会更加严峻。缺水对食物生产、工业生产和内需具有严重影响。为了应对水稀缺，人们作出了许多努力来进行废水再利用，并在排水前去除重金属。例如汽车、电池、采矿和纺织等工业，总是会产生含重金属的废水。这些重金属会严重污染水体生态环境。由于重金属无法生物降解，它们会通过空气、水、土壤、饲料和其他方式进入动物体和植物体。人体中即使很低浓度的重金属也会扰乱人体的正常生理活动。此外，重金属可以在人体的某些器官中累积，导致病理变化，从奇怪的疾病(例如水俣病、骨病等)到甚至死亡。因此，全世界都在关注重金属污染。许多国家建立了越来越严格的标准来控制排水中的重金属浓度，这为科学家们开发高级水处理技术带来了巨大的机会。

反渗透(RO)和纳米过滤(NF)是去除重金属的常用膜工艺。NF是一种压力驱动的膜分离工艺，其标称截留分子量(MWCO，受膜90％排斥的溶质的分子量)为200-1000道尔顿，且孔径为约0.5-2.0nm。由于NF分离离子和低分子量有机种类的独特能力，NF在过去的几十年中迅速发展，不仅在水环境分离(例如废水处理)和医药纯化中是一项重要的分离和纯化技术，在基于有机溶质和离子液体的分离中也开始有了应用。

大多数NF分子由薄膜复合扁平板材膜以螺旋缠绕组态(spiral-wound configuration)制成，现在通常由界面聚合制成。最近，人们对开发新型NF中空纤维膜的兴趣在增长，因为中空纤维分子可以提供的每单位膜分子体积的膜面积、自体机械支承、组件制作时的方便性和化学耐受性要大得多。聚乙烯亚胺(PEI)交联的聚酰亚胺中空纤维膜在NF应用中展现出巨大潜力，原因如下：(1)大多数聚酰亚胺聚合物热稳定、机械性强且化学耐受性高；(2)聚合物链的酰亚胺环的羰基团与PEI容易交联；(3)交联膜在强侵蚀性有机溶剂或极端pH条件下的化学抗性提高；(4)PEI交联是通过在膜表面上引入额外的胺基团来制备带正电荷的膜的一种有潜力的方法。该带正电荷的膜除体积排阻外，还通过唐南(Donnan)排斥来排斥正离子，而对尤其是多价离子具有高排斥率。

但是，若孔径分布范围较大，交联可能无法涵盖该底物的某些大空隙。由此一来，交联程度最高的膜也可能在溶质排斥率上受限。若能选择适当的底物，则能显著提高溶质排斥率。至今为止，很少有人着眼于找到一种能带来高性能的PEI交联膜的适当底物。

实用新型内容

基于此，本发明设计了通过令P84等多孔底物与PEI等交联而获得的中空纤维膜，用于从废水中除去Mg(例如MgCl₂)和Pb(例如Pb(NO₃)₂)等重金属。

本发明提供了一种纳米过滤膜，包括：(1)多孔支撑层；以及(2)位于所述多孔支撑层的一个表面上的选择性层；其中，所述膜的平均有效孔隙半径不大于0.3nm。。

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的多孔支撑层的平均有效孔隙半径为0.7-2nm。

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的多孔支撑层的材料部分或全部由聚酰亚胺组成。

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的多孔支撑层的材料部分或全部由聚酰亚胺组成，所述聚酰亚胺为P84、聚乙烯亚胺、聚酰胺-亚胺、或其组合。

在其中一些实施例中，上述纳米过滤膜的所述聚酰胺-亚胺为

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的多孔支撑层的平均有效孔隙半径为0.7-1nm。

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的多孔支撑层的孔隙度为10-70％。

在其中一些实施例中，所述纳米过滤膜的所述选择性层上还设有第二层选择性层。

在其中一些实施例中，上述第二层选择性层由聚合电解质组成。

在其中一些实施例中，上述聚合电解质为聚丙烯酸。