陶瓷膜的表面改性—印迹硅胶的制备及其分离性能

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镍是一种被广泛应用于较多领域且会对环境造成较大污染的重金属。镍离子的传统去除方法有电化学法与离子交换等,但是这些方法有很多不足,比如能耗大,需要加入其他的化学试剂等。本文采用陶瓷膜改性技术、离子印迹与动态膜技术去除溶液中的镍离子。首先,对无机陶瓷膜(CM)进行改性,制备改性陶瓷膜(CM-Si O2-A)用于含镍离子废水的处理,并对制备条件进行优化,用SEM、EDX、XRD等仪器表征改性陶瓷膜,同时研究了改性陶瓷膜的水通量及其对镍离子的截留率。结果表明:二氧化硅与二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(AAAPTS)成功沉积与接枝到陶瓷膜表面,并且接枝了AAAPTS的陶瓷膜孔径减小至大约1.25μm,导致CM-Si O2-A的纯水通量相比于CM下降了84.79%;过滤10 mg L-1的镍离子溶液时,CM-Si O2-A对镍离子的截留性能明显高于只沉积过二氧化硅的陶瓷膜;随着镍离子浓度由10 mg L-1增加到30 mg L-1,CM-Si O2-A对镍离子的截留性能逐渐下降。其次,以Ni2+为模板,AAAPTS为功能单体,环氧氯丙烷为交联剂,以硅胶作为载体,制备了镍离子印迹硅胶聚合物(IIP)与非印迹硅胶聚合物(NIP),然后用FT-IR与TGA等对其表征,并对IIP制备条件进行了优化,研究了其吸附性能与重复利用率。结果表明:镍离子印迹硅胶聚合物的最佳制备条件是先让模板镍离子与功能单体AAAPTS络合,反应时间和温度分别取20 h和80℃;IIP对镍离子的吸附容量比NIP高,二者的饱和吸附容量分别为14.93和5.80 mg g-1;IIP对Ni2+在p H为6.0左右时表现出较高的吸附容量,且IIP对Ni2+的吸附平衡时间在30 min左右;IIP的选择性大约是NIP的6倍;IIP吸附-洗脱重复利用10次后,其吸附容量只减少了9.14%,IIP的吸附容量仍然有较高的数值,其重复利用率较高。最后,制备以陶瓷膜为基体的印迹/非印迹硅胶动态膜(IIP/NIP动态膜),并对制备条件进行了优化,同时研究了CM、IIP与NIP动态膜在处理含镍离子废水时水通量的变化与对镍离子的截留性能。结果表明:制备较优动态膜的最佳跨膜压差为0.10 MPa,印迹硅胶聚合物悬浮液浓度为1.0 g L-1,错流速率为1.0 m s-1,涂膜时间为30 min;CM、IIP与NIP动态膜在处理含镍离子废水过程中,CM的通量衰减率为86.46%左右,而IIP与NIP动态膜的通量衰减率为60%左右,IIP与NIP动态膜的稳态渗透通量较高;随着渗透液总量的增加,CM的总渗透液中镍离子浓度(Cp)基本维持在13.26 mg L-1不变,而IIP/NIP动态膜的Cp呈现出由0/1.2 mg L-1递增到13.26 mg L-1/13.26 mg L-1的趋势,且NIP动态膜的Cp更快的增加到13.26 mg L-1,IIP/NIP动态膜对镍离子表现出一定的截留性能,但IIP动态膜的截留效果更好。
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