本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種同時去除水體中三價砷和五價砷的中空纖維納濾膜的應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)的中空纖維納濾膜為采用涂層法制得的低壓中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜，包括中空纖維超濾基膜和其內(nèi)表面上涂有的有效分離層；有效分離層為含有可氧化三價砷的二氧化錳微納米粒子的磺化高分子涂層。本發(fā)明專利技術(shù)中空纖維納濾膜可有效的截留水體中的砷，處理的水體中砷含量為10～10000μg/L。本發(fā)明專利技術(shù)水體除砷在操作壓力僅為3～10bar的情況下，其砷截留率在95%以上，滲透出水量大，達10L/m2·h·bar以上,相對于商業(yè)平板納濾膜來說，能在較低的操作壓力下獲得較高的滲透水通量，同時獲得與商業(yè)納濾膜相當?shù)纳榻亓袈省?br />
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種面向水體中三價砷和五價砷同時去除的中空纖維納濾膜材料的應(yīng)用及其該材料的制備和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
砷及其化合物被世界衛(wèi)生組織(WHO)下屬的國際癌癥研究所(IARC)、美國環(huán)保局(US-EPA)等諸多權(quán)威機構(gòu)所公認的人類已確定的第一類致癌物。由于砷在有機體內(nèi)的富集效應(yīng)，即使是低含量的砷，長期接觸也會容易導致肝臟、肺、膀胱及腎臟等癌癥的發(fā)生。水源中的砷污染已成為世界范圍內(nèi)的一個重要的環(huán)境問題。1993年，WHO將飲用水中砷的標準限值由50 μ g/L降到10 μ g/L。我國自2007年7月I日實施的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)將飲用水中砷的標準限值從原國標的不超過50 μ g/L提高到不超過10 μ g/ L0而在《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中規(guī)定I、II、III類水體中砷含量不得超過 50 μ g/L。水體中三價態(tài)砷的去除最為關(guān)鍵。三價態(tài)的砷是毒性最強的，特別是三氧化二砷俗稱砒霜，為劇毒物質(zhì)。水體中三價態(tài)砷去除的通常做法為將三價態(tài)的砷氧化，然后采用分離技術(shù)去除。目前最常見的砷分離技術(shù)包括吸附法、沉降法、離子交換法、生物法處理和膜技術(shù)分離法。其中納濾(NF)是經(jīng)常被用在水體中多價離子的分離過程。納濾膜對于多價離子的分離作用的原理包括篩分和Donnan效應(yīng)。Donnan效應(yīng)是由于離子和納濾膜表面的活性基團的靜電排斥作用所引起的，所以對多價離子的截留作用明顯的高于單價離子。由于三價態(tài)的砷在水體中的存在形式一般為中性，一般的納濾膜技術(shù)無法達到完整的分離效果。因此，非常需要單一的過程或者膜材料就能將三價和五價態(tài)的砷完全去除的技術(shù)。三價砷的氧化通常是采用二氧化錳為氧化劑，在填料柱中進行。將含三價砷的廢水通過二氧化錳的填料柱，則砷被氧化成五價砷，并進一步納濾處理。目前國內(nèi)外所采用的納濾膜制備方法主要有溶液涂層法、界面聚合法、相轉(zhuǎn)化法、表面接枝技術(shù)等。如美國專利4，769，148公開了一種界面聚合制備納濾膜的方法，采用水相為哌嗪和濕潤劑的水相，交聯(lián)劑為均苯三甲酰氯；美國專利5，152，90公開了一種納濾膜的制備方法，以均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯為交聯(lián)劑，與哌嗪衍生物類多元胺在聚砜支撐上反應(yīng)制備納濾膜；美國專利5，693，227公開的納濾膜的制備方法中，以5-異氰酸酯異酞酰氯為交聯(lián)劑，與哌嗪在聚砜支撐膜上反應(yīng)制備納濾膜；專利CN1288776公開了一種制備納濾膜的方法，其原料為磺化聚醚砜，采用相轉(zhuǎn)化法制備了納濾膜；專利CN 1586702公開了一種表面接枝技術(shù)制備親水性納濾膜的方法，專利CN101829508A中公開了一種采用界面聚合法制備納濾膜的方法，在聚砜支撐膜上通過芳香環(huán)上帶有改性酰氯基團的芳香多元酰氯或與其他芳香多元酰氯混合物與4-氨基哌啶水溶液界面縮聚復合上一層芳香聚酰胺超薄功能層。在各種方法中，涂層法是將含有電荷性高分子稀溶液直接涂覆在基膜表面，再處理后在基膜表面復合一層起脫鹽作用的超薄層，其超薄層最薄可達幾個納米，從而使跨膜壓差和操作壓力大幅下降；凹凸不平的皺形表面也提高了過濾的有效面積，使通量大大提高。砷在自然界中的主要存在方式為As (III)及As (V)，其中地表水中砷的主要存在方式為As(V)，而As(V)在水中則以砷酸根或砷酸氫根的負價酸根形式存在，所以具有負電荷性涂層的納濾由于其電荷排斥的Donnan作用以及篩分作用可實現(xiàn)砷酸根的有效截留分離。并且本專利技術(shù)方法中采用的負電荷涂層高分子即磺化高分子的磺酸根具有較高的親水性，因此操作壓力較低。目前幾乎所有的納濾除砷研究采用商業(yè)納濾膜，并且研究中所采用的平板膜的操作壓力一般都在十幾到幾十個巴，其滲透出水量一般不足5L/m2*h*bar，而低于IObar的操作條件也較難達到分離要求。較高的操作壓力以及相對中空纖維納濾膜較低的滲透水通量增加了平板納濾膜的應(yīng)用成本，降低了納濾的處理效率，提高了處理成本，不利于該方法在偏遠不發(fā)達的砷污染區(qū)的應(yīng)用，而我國大部分砷污染區(qū)域正是位于經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)。相對于平板膜，中空纖維膜具有自支撐，填充密度大，易清洗等優(yōu)點。而且中空纖維膜在應(yīng)用過程中具有結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小等優(yōu)勢。但尚未有關(guān)于中空纖維納濾膜用于含砷水處理的研究及應(yīng)用。 總結(jié)目前納濾膜的制備方法和應(yīng)用技術(shù)，還沒有關(guān)于一步法將水體中的三價態(tài)的砷和五價態(tài)的砷去除的材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)的目的在于提供一種可以同時去除三價態(tài)砷與五價態(tài)砷的復合型的中空纖維納濾膜及其制備以及該中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用。本專利技術(shù)可有效的截留水體中的砷，改善水體環(huán)境，并且節(jié)約處理成本。本專利技術(shù)的復合型中空纖維納濾膜具有同時去除三價態(tài)和五價態(tài)的砷的能力；采用該中空纖維納濾膜的操作壓力比現(xiàn)有的膜材料低，成本較反滲透納濾膜低。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案一種中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，所述水體除砷為同時去除水體中三價砷和五價砷。進一步的，所述中空纖維納濾膜為采用涂層法制得的低壓中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜。本專利技術(shù)的中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜為在中空纖維超濾基膜的內(nèi)表面涂有有效分離層的復合納濾膜。進一步的，所述中空纖維納濾膜包括中空纖維超濾基膜和中空纖維超濾基膜內(nèi)表面上涂有的有效分離層。優(yōu)選的，所述中空纖維納濾膜的有效分離層為含有可氧化三價砷的二氧化錳微納米粒子的磺化高分子涂層。本專利技術(shù)的中空纖維納濾膜為復合膜材料，其有效分離層由含有二氧化錳微納米粒子的磺化高分子涂層；該涂層的功能主要為二氧化錳氧化三價砷成為五價態(tài)砷，然后利用高分子涂層的負電性對五價態(tài)砷酸根離子的電荷排斥作用和納濾膜的篩分作用，實現(xiàn)水體中三價態(tài)砷和五價態(tài)砷的同時去除。本專利技術(shù)可以通過高分子涂層法制備中空纖維納濾膜，并應(yīng)用于水體中砷的去除。本專利技術(shù)所述的中空纖維納濾膜，可在比商業(yè)納濾膜更低壓力的情況下，具有較高的出水量，能夠高效處理含砷水體。進一步的，除砷時,先調(diào)節(jié)含砷水體的pH值在6. 5 9之間，然后在3 IObar的操作壓力下，將含砷水體通過壓力泵打入中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜的組件中進行一級或多級滲透出水。其中，當水體中總砷濃度在低于600 μ g/L時采用一級滲透出水處理；當水體中總砷濃度高于該600 μ g/L時可采用二級或更多級滲透水處理。進一步的，本專利技術(shù)的用于水體除砷的中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜由以下步驟的方法制得將磺化高分子溶解于溶劑中，并添加二氧化錳粒子，配制成涂層溶液；然后將涂層溶液涂覆到中空纖維超濾基膜內(nèi)表面上，得到復合膜，將得到的復合膜在50 70°C環(huán)境中進行5 10小時的熱處理，得到所述中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜，即為本專利技術(shù)所述的中空纖維納濾膜。優(yōu)選的，所述涂層溶液中磺化高分子的質(zhì)量百分比濃度為O. 5 10%。優(yōu)選的，所述中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜的有效涂層厚度為O. 02 20 μ m。更優(yōu)選的，所述中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜的有效分離層的厚度為I 20 μ m0·優(yōu)選的，所述磺化高分子選自磺化聚醚醚酮、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯胺和磺化聚砜。優(yōu)選的，上述對中空纖維超濾基膜的內(nèi)表面進行涂覆時，采用單次膜內(nèi)腔浸沒涂層溶液進行涂覆或本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，所述水體除砷為同時去除水體中三價砷和五價砷。2.如權(quán)利要求I所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，其特征在于，所述中空纖維納濾膜為采用涂層法制得的中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜。3.如權(quán)利要求I或2所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，其特征在于，所述中空纖維納濾膜包括中空纖維超濾基膜和中空纖維超濾基膜內(nèi)表面上涂有的有效分離層。4.如權(quán)利要求3所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，其特征在于，所述中空纖維納濾膜的有效分離層為含有可氧化三價砷的二氧化錳微納米粒子的磺化高分子涂層。5.如權(quán)利要求3所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，其特征在于，所述中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜的有效分離層的厚度為O. 02 20 μ m。6.如權(quán)利要求2所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的應(yīng)用，其特征在于，除砷時，先調(diào)節(jié)含砷水體的pH值在6. 5 9之間，然后在3 IObar的操作壓力下,將含砷水體通過壓力泵打入含有中空纖維磺化高分子涂層復合納濾膜的組件中進行一級或多級滲透出水；其中，當水體中總砷濃度在低于600 μ g/L時采用一級滲透出水處理；當水體中總砷濃度高于該600 μ g/L時可采用二級或更多級滲透水處理。7.如權(quán)利要求2所述的中空纖維納濾膜在水體除砷中的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何濤，李雪梅，宋健峰，姜標，王建，
申請(專利權(quán))人：上海中科高等研究院，何濤，
類型：發(fā)明
國別省市：
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