[发明专利]一种应用于水中磷酸盐去除的改性聚丙烯腈超滤膜及其制法

说明书

本发明公开了一种应用于水中磷酸盐去除的改性聚丙烯腈超滤膜及其制备方法。首先通过硅烷偶联剂对氧化铁的表面进行改性，得到氨基化氧化铁；在活化剂碳酸钠的作用下进一步与3‑溴基‑1‑丙烯反应，使得丙烯基与氧化铁共价接枝，得到丙烯基氧化铁；然后在引发剂的作用下，丙烯基氧化铁与丙烯腈共聚，得到氧化铁共价接枝的聚丙烯腈；然后将制孔剂聚乙二醇400和氧化铁接枝的聚丙烯腈固化成膜，得到应用于超滤膜的氧化铁改性的聚丙烯腈。本发明制备的改性聚丙烯腈超滤膜，改善了氧化铁在聚丙烯腈基体中的分散性和界面相容性，减少了团聚现象，可以实现高效吸附水中的磷酸盐物质。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈超滤膜技术领域，具体为一种应用于水中磷酸盐去除的改性聚丙烯腈及其制法。

背景技术

随着人类人口密度和活动的不断增长，过量磷营养元素随市政和工业排放进入天然水体，从而导致水体中的微生物大量生长。在适宜的温度下，以蓝藻为代表的藻类和其他水生浮游生物在富营养化的水体中大量生长，导致了水中鱼类、无脊椎动物和水生植物的死亡，破坏了当地的生态平衡与生物多样性，也给人类带来了各种健康问题，对废水进行除磷处理能够有效的预防水体富营养化，废水除磷技术也受到了越来越多的关注。

迄今为止，大部分除磷的报道都基于将镧引入膜中，但是，由于镧属于稀土元素，价格昂贵且难以再生，因此负载镧的膜并不是适用于工业化，过渡金属氧化物可以通过表面的羟基吸附磷物质，但是往往需要较高的负载量，才能够将水中磷物质的浓度降低至相当低的水平(例如低于20μg/L)来大大减少微生物的生长。

中国专利CN105817148A公开了一种具有同步脱氮除磷功能的超滤膜及其制备方法。该超滤膜所使用的超滤膜铸膜液，其原料由按质量份计的以下组分组成：5～25质量份的金属季铵共聚物、8～25质量份的高聚物、1～10质量份的添加剂和65～86质量份的溶剂。上述超滤膜铸膜液的制备方法，包括以下步骤:将金属季铵共聚物、高聚物、添加剂、溶剂混合，搅拌，超声后静置脱泡，即得到混合均匀的铸膜液。使用该铸膜液获得的超滤膜可以在超滤运行条件下实现对水体中氮磷的同步高效去除，其膜通量大、抗污染性能好、易于再生。但是以磷酸根浓度为2mg/L的生活污水作为原水，进行超滤实验，前6h内滤膜对磷酸根的去除只达到了98.1％，这主要是由于过渡金属负载量较少，提供的吸附位点较少，但是较多的金属负载量会导致聚集，聚集体的内部存在大量的难以接触的吸附位点。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明一种应用于水中磷酸盐去除的改性聚丙烯腈及其制法，解决了传统负载较少过渡金属的聚丙烯腈膜除磷效果差，而较多的过渡金属负载量会导致聚集的问题。

(二)技术方案

基于此，本发明提供的第一个发明点为：一种应用于水中磷酸盐去除的改性聚丙烯腈的制备方法，具体包括如下步骤：

将制孔剂聚乙二醇400和氧化铁接枝聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，将混合液循环过滤、真空抽泡，在玻璃板上刮制初生态膜，置于去离子水中进行凝固浴24-36h，固化成膜，得到应用于超滤膜的氧化铁改性聚丙烯腈。

优选的，所述聚乙二醇400、氧化铁接枝聚丙烯腈的质量比为10-20:100；

基于第一个发明点，本发明提供的第二个发明点为：所述氧化铁接枝聚丙烯腈的制备方法，具体包括如下步骤：

将丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，超声分散均匀，在氮气氛围中，加入引发剂偶氮二异丁腈、丙烯基氧化铁，进行反应，用去离子水沉淀产物，离心分离，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到所述氧化铁接枝聚丙烯腈。

优选的，所述丙烯腈、偶氮二异丁腈、丙烯基氧化铁的质量比为 100:0.3-0.6:30～70；

优选的，所述反应的条件为在60-75℃下反应10-25h。