醋酸纤维素聚乙烯基亚胺共混微孔滤膜对Cu2+的吸附

文章编号:1007-8924(2005)01-0012-05醋酸纤维素/聚乙烯基亚胺共混微孔滤膜对Cu2+的吸附陈兆安1,2邓麦村1,2陈勇1,2贺高红1,3吴鸣1,2葛洁1,2李京华2(1.天邦膜技术国家工程研究中心,大连116023;2.中国科学院大连化学物理研究所,大连116023;3.大连理工大学化工学院,大连116012)摘要:以二醋酸纤维素酯(CA)/聚乙烯基亚胺(PEI)共混制备微孔滤膜,利用PEI对重金属离子的螯合作用吸附水溶液中的Cu2+.实验考察了吸附时间、pH对Cu2+静态吸附性能的影响.膜对Cu2+的等温吸附符合Langmuir型吸附,其饱和吸附量取决于膜中PEI的含量.关键词:醋酸纤维素;聚乙烯基亚胺;微滤膜;铜离子中图分类号:TQ028.8文献标识码:A废水中的重金属离子即使浓度很低,也会对人体生理及生态环境造成严重破坏,水处理中需要严格监控这些有毒污染物.低浓度的重金属离子(特别是在被处理对象为大量排放物并且所含重金属离子为痕量时)较难去除,吸附法是解决这一问题的有效方法之一.文献报道以PEI作为重金属离子的螯合配基,固定化于改性微滤膜或颗粒吸附剂上,用于废水中重金属离子的螯合吸附的研究.微滤膜吸附剂与颗粒吸附剂相比,其优点是在质量传递过程中含螯合基团的微滤膜通过对流方式螯合吸附离子,可以达到重金属离子在微孔膜上的快速富集,而不必象颗粒填充床受限于扩散步骤[1,2].文献中的PEI[3-6]或其他金属螯合配基[7-10],基本是通过表面改性或涂层的方法固定于微滤膜或吸附剂颗粒表面.本文在前期制备CA微孔滤膜的基础上[11],在国际上首次制备了CA/PEI共混微孔滤膜,在制膜液中共混PEI后加以交联,交联可以促进致孔,并使PEI固定于膜中,通过PEI的多重功能(螯合金属、离子交换、吸附内毒素、利用氨基键和配基制备亲和膜)而使膜具有多种分离功能,有较广的应用前景.本文通过膜对Cu2+吸附的研究,考察了CA/PEI共混微滤膜的重金属处理能力.1实验部分1.1试剂与仪器CA,美国进口;PEI,Sigma公司,Mn=60000,伯、仲、叔胺比为1∶2∶1;其余试剂均为分析纯.JASCO-V550紫外可见分光光度计;HS30A恒温水浴摇床(中科院武汉科学仪器厂);电子天平(日本岛津);Bio2RADEcono系统做动态吸附实验.1.2膜的制备把CA溶于DMF/丙酮混合溶剂中,加入一定量的50%PEI水溶液搅拌均匀,再加入一定量的多异氰酸酯并快速搅拌,对混入的PEI进行交联,最后加入甘油作为非溶剂添加剂和塑化剂,制成铸膜液,静置脱泡后,用玻璃棒在平板玻璃上刮涂形成厚度500μm的薄层,置于55℃、相对湿度大于95%的环境中,吸收水蒸气、挥发丙酮一定时间,使其分相凝胶,再浸入水中使膜固化,并浸泡24h以便彻底交换出溶剂.1.3膜性能评价1)最大孔径测定采用泡压法测定膜的最大孔径,向被水润湿的收稿日期:2003-06-25;修改稿收到日期:2003-11-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(29776043)作者简介:陈兆安(1974-),男,大连市人,博士生,研究方向为亲和膜过程.第25卷第1期膜科学与技术Vol.25No.12005年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2005©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net微滤膜的一侧缓慢施加空气压力,根据第一个气泡逸出时的压力p计算出对应的最大孔径d:d=2σp(1)2)水通量的测定采用蒸馏水,在真空度69kPa(520mmHg汞柱)下测定单位时间、单位面积下纯水的透过速度(参照Millipore公司所采用的测试条件).3)孔隙率测定微滤膜孔隙率ε:ε=(W1-W2)/dH2OV×100%式中,ε为微滤膜孔隙率;W1为湿膜质量;W2为干膜质量;dH2O为水密度;V为膜体积.4)扫描电镜观察膜结构膜试样脱水后,用液氮冷冻断裂制样,用双面胶黏在扫描电镜样品台上,置于E-1010IonSputter中镀金,最后以Toshiba扫描电镜进行观察.5)末端氨基(CNH2)的测定采用茚三酮法检测.6)含氮量分析采用凯氏定氮方法.1.4溶液配制与分析方法Cu2+溶液的配制:准确称取一定量的CuCl2·2H2O溶于去离子水,配成0.01～5g/L浓度的Cu2+溶液.Cu2+浓度的测定[12]:以2-(5-溴-吡啶偶氮)-5-二氨基苯酚(5-Br-PADAP)为显色剂,用分光光度计测定(检测波长为560nm).静态吸附量:称取干重约15mg膜,置于5mLCu2+溶液中,在摇床上以200r/min放置2h,