[发明专利]用褐藻糖胶和明胶制备具有可连续吸附处理废水铜离子的膜方法及其制品和应用

说明书

本发明公开用褐藻糖胶和明胶制备具有可连续吸附处理废水铜离子的膜方法及其制品和应用，其技术方案包括以下步骤：（1）褐藻糖胶和明胶复合膜液配置；（2）去除褐藻糖胶和明胶复合膜液中的气泡；（3）制备坯膜：将褐藻糖胶和明胶复合膜液倒入到成膜模具中，凝固成坯膜；（4）对坯膜烘干，去除水分；（5）交联固定；（6）烘干成型；（7）膜浸泡废水中吸附Cu²⁺；（8）吸附饱和后的膜放HCl液再生。本发明的优点是低能耗、操作简单、绿色环保、膜吸附再生重复使用等优点，且提高褐藻糖胶的应用领域和应用价值。

技术领域

本发明属于可连续吸附处理废水重金属的膜领域，具体是一种用褐藻糖胶 和明胶制备具有可连续吸附处理废水铜离子的膜方法及其制品和应用。

背景技术

由于人类的活动，每年都有大量的重金属化合物处于流动状态，通过多种 行业进入水中，例如矿物质提取，水处理，金属铸造涂层，电池，核工业和核 能发电等。2018年，全国10168个国家级地下水水质监测点中，Ⅰ类水质监测 点占1.9％，Ⅱ类占9.0％，Ⅲ类占2.9％，Ⅳ类占70.7％，Ⅴ类占15.5％。五类水质 监测点中个别监测点重金属超标。453个日排污水量大于100立方米的直排海污 染源监测结果显示，全国污水排放总量约866424万吨。董卫东等人对大连的主 要饮用水源进行了调查，结果表明，在水中检测到了铜，锌，镉，镍，砷和汞 六种重金属。牛永等人分析了2000年至2018年进行的太湖沉积物中重金属的浓 度，结果表明太湖污染物主要来源于工业污染，应最注意砷，镉，铬，铜，汞， 镍，铅和锌的污染。水中的重金属很多是难降解或不能降解的，不具备自然净 化能力，难以从环境中去除。在被重金属污染的环境中，重金属离子会在在生 物体内累积，最终会通过食物链的进入人体，对人体产生毒害作用。即使很低 浓度的重金属也会对人的健康产生有害影响，例如生长迟缓，蔓延癌症，器官 损害，神经系统受损，甚至更严重的会导致死亡。例如铜是人体所需的微量元 素之一，它可以通过灰尘，水和食物等途径进入人体，但如果摄入过量的铜， 它会累积在肝脏中，还会引起胃肠问题并损害肾脏和肝脏。铜(II)还会引起各 种症状，例如恶心，呕吐，腹痛和肌肉痛，如果剂量过高，甚至会致命。因此， 寻找有效的降低水体中铜离子含量的方法，对人体健康是至关重要的。

目前我国常用的重金属污水处理方法主要有化学法、物理法以及生物处理 法。化学法主要是通过添加化学药剂对金属离子进行沉淀或者改变离子价态使 其无害化，从而实现水体净化的目的，例如硫化物沉淀法、离子交换法、氧化 还原法等，这种处理方法处理含重金属废水去除效果较好，但是该方法价格昂 贵，且不适用于低浓度的重金属，此外，这些方法中残留的污泥难以处理。物 理法主要包括膜分离法和吸附法，膜分离法主要是利用膜的选择透过性原理， 将水体中的离子等物质分离，常见的有电渗析法，反渗透法，微滤超滤纳滤等； 吸附法是利用吸附剂的特殊结构以及官能团与金属离子产生表面效应或者络合 反应，从而将分离出水体中的重金属，与其他方法相比这种方法经济实用，可 用于处理和回收低浓度重金属废水，因此近年来成为研究的热点。

在自然界中，膜是广泛存在的，但膜技术应用在工业上还是近几十年的事。 与传统工艺相比，膜技术可以分离和浓缩水中的污染物，具有价格合理、去除 效率高、易于操作控制、无副产品，具有再生的可能性等优点。膜吸附属于化 学吸附的类型，它是通过官能团络合吸附水中的重金属离子，通过膜分离过程 达到去除或浓缩水体中重金属离子的目的。

褐藻糖胶是一种研究较少的天然多糖聚阴离子，主要成分是L-岩藻糖-4-硫 酸酯的酸性杂多糖，溶于水，不溶于乙醇和氯仿等有机溶剂，其分子式为 (C₆H₉O₃·SO₄·Ca_0.5)n，主要来自海洋生物，如海带，羊栖菜和裙带菜，以及海 洋棘皮动物，包括海胆的壳和海参的体壁。褐藻糖胶占藻类干重的25-30％，取 决于藻类的类型，一小部分因素取决于季节。1913年，瑞典Kylin等科学家发 现了褐藻糖胶并正式命名。褐藻糖胶中的糖和硫酸基团在各种生物活性中起重 要作用，如抗肿瘤，抗病毒，抗菌，抗凝血和免疫调节。褐藻糖胶也被首次发 现可用作涂膜或薄膜的基质。