去除水中硝態氮用改性納濾膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環保領域，涉及一種硝態氮去除的方法，具體是通過聚電解質層層自組裝技術(Layer-by-Layer，LbL)添加陰離子聚合電解質提高膜表面負電荷密度，從而提高納濾對水中硝態氮去除的方法。
【背景技術】
[0002]水中硝態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的一些單價無機離子，雖然效果非常好，但設備昂貴、運行壓力非常高從而導致運行成本非常高。
[0003]納濾膜自從八十年代末出現到現在一直被應用于各個領域，其性質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。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一在于針對污水中硝態氮去除的實際需求，提出了一種用層層自組裝技術對對納濾膜進行改性，而得到的一種去除水中硝態氮用改性納濾膜。
[0005]本發明的目的之二在于提供該納濾膜的制備方法。
[0006]為實現上述目的。本發明采用如下技術方案:
一種去除水中硝態氮用改性納濾膜，其特征在于該改性納濾膜是以帶負電的納濾膜為基質膜，在該基質膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質和陰離子聚電解質，形成復合膜(陰離子聚電解質/陽離子聚電解質)n/基質膜，其中n=l?5;
上述的陽離子聚電解質為: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膜，基質膜層材質為聚酰胺(PA);
b.將步驟a所得納濾膜浸漬在I?3moI/L (請給出一個是適當的范圍)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陽離子聚電解質溶液中10?30分鐘，形成聚電解質復合納濾膜，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的陰離子聚電解質溶液中，10?30分鐘，形成聚電解質復合納濾膜，用超純水沖洗；
e.重復步驟c和步驟d，得到復合膜(陰離子聚電解質/陽離子聚電解質)n/基質膜，其中n=l?5，；
f.將步驟e所得復合膜浸漬在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氮用改性納濾膜。
[0007]將本發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備進行膜分離實驗，并測定硝態氮截留率;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結構及性質。
[0008]本發明的特點和優點:大部分商業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上，提高了納濾處理過程去除硝態氣的性能。
【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作為改性基質膜，材質為聚酰胺；
(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溶液(聚醚酰亞胺PEI，Mw=75kDa)，濃度為0.5mg/mL，并調節pH為I，將2得到的商業膜浸漬在其中；
(4).將陽離子聚電解質沉積的納濾膜再浸漬在lmg/mL的陰離子聚電解質溶液(聚對苯乙烯磺酸鈉PSS，Mw=100kDa)中20分鐘形成聚電解質復合膜，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電位來表征其形態結構及性質。
【主權項】
1.一種去除水中硝態氮用改性納濾膜，其特征在于該改性納濾膜是以帶負電的納濾膜為基質膜，在該基質膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質和陰離子聚電解質，形成復合膜(陰離子聚電解質/陽離子聚電解質)n/基質膜，其中n=l?5。2.根據權利要求1所述的去除水中硝態氮用改性納濾膜，其特征在于所述的陽離子聚電解質為:聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨。3.根據權利要求1所述的去除水中硝態氮用改性納濾膜，其特征在于所述的陰離子聚電解質為:聚對苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸。4.根據權利要求1?3中任一項所述的去除水中硝態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膜，基質層材質為聚酰胺(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陽離子聚電解質溶液中10?30分鐘，形成聚電解質復合納濾膜，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的陰離子聚電解質溶液中，10?30分鐘，形成聚電解質復合納濾膜，用超純水沖洗； e.重復步驟c和步驟d，得到復合膜(陰離子聚電解質/陽離子聚電解質)n/基質膜，其中η=1—5,； f.將步驟e所得復合膜浸漬在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在一起，取出用超純水沖洗、干燥，即得到去除水中硝態氮用改性納濾膜。
【專利摘要】本發明涉及一種去除水中硝態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膜，在該基質膜的表面交替涂覆陽離子聚電解質和陰離子聚電解質，形成復合膜（陰離子聚電解質/陽離子聚電解質）n/基質膜，其中n=1～5。本發明是將納濾膜進行改性處理，通過層層自組裝技術引入陰離子聚電解質，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上，提高硝態氮的截留效率，克服普通納濾膜對單價無機離子截留率低的缺點。聚電解質改性的高負電納濾膜作為去除水中硝態氮的新型膜材料，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】B01D61/00, B01D67/00, C02F1/44, B01D69/12
【公開號】CN105536561
【申請號】CN201510977173
【發明人】劉建勇, 曹懿, 李明飛, 鄒聯沛, 錢光人
【申請人】上海大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月23日