一种负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜及其制备方法

本发明涉及重金属污染修复材料，特别涉及一种负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜及其制备方法。

背景技术：

1、铬被公认为对生物和人类有剧毒，并在陆生和水生生物中具有生物活性。由于其高毒性、强生物富集性，镉被列为第一类致癌物。与其他重金属相比，镉更易溶解和流动，导致它被植物吸收，随后在不同的食用植物部位进行转运和积累，最终在人体内富集。镉的高毒性会影响人体多个器官，可导致心血管、脑血管和“痛痛病”等疾病。

2、近年来，虽然硫化、多孔材料支撑等改进方法在提升纳米铁反应活性及稳定性方面取得长足进步，但其会在处理过程中不断消耗、快速失活并产生大量难以处理的污泥。该难题一直缺乏有效解决方法，已成为严重制约其应用推广的瓶颈。微生物、光催化、电化学等方法已被应用于失活纳米铁的还原处理，一定程度上改善了纳米铁循环利用情况。但纳米铁利用效能低的问题依旧存在。由于重金属的致毒性、光能的强依赖性及电化学对载体的导电性需求，膜分离技术因其能耗低、分离效率高而在废水分离中得到广泛应用。传统有机改性膜存在二次污染，与其他类型的聚合物膜相比，聚偏氟乙烯膜因其热稳定性、耐化学性和优异的机械强度等优点受到广泛关注。另外，聚偏氟乙烯膜还拥有在使用后直接从水体中打捞出即可的优点，使用后处理简单，无二次污染，分离的产物易于回收，因而非常适合用于废水中重金属污染的治理。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜及其制备方法，通过外加恒定电场的方式，利用纳米零价铁的强吸附性能、强还原性制备出以聚偏氟乙烯为载体的还原性膜。本发明制备的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜材料具备吸附有机污染物及还原高价态金属离子的能力，可用于工业废水、水体中六价铬的处理。

2、技术方案：本发明提供了一种负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：将n-n二甲基乙酰胺和聚偏氟乙烯颗粒混合，超声，搅拌加热处理，接着静置、冷凝，得铸膜液；对所述铸膜液垂直拉动制膜，得湿润的聚偏氟乙烯膜；

4、s2：利用高压静电将纳米零价铁粉末分散在所述湿润的聚偏氟乙烯膜上，静置，干燥，得负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜。

5、进一步地，s2中，所述高压静电是通过高压静电发生器产生的；所述高压静电发生器包括直流电压源和增压模块；所述直流电压源的正极通过所述增压模块与料粉槽连接，所述直流电压源的负极通过所述增压模块与静电吸附区连接。

6、进一步地，所述料粉槽包括侧壁以及设置在所述侧壁下方的筛网；其中，所述侧壁为绝缘材料；所述筛网具体为150-200目的金属导电筛网。

7、进一步地，所述增压模块包括自激振荡电路和倍压电路。

8、进一步地，湿润的聚偏氟乙烯膜通过静电吸附区与所述高压静电发生器电连接。

9、进一步地，通过高压静电将纳米零价铁粉末分散在湿润的聚偏氟乙烯膜上的具体步骤如下：

10、打开直流电压源，调节电压，将料粉槽靠近置于静电吸附区的湿润的聚偏氟乙烯膜，然后将纳米零价铁粉末装入料粉槽内，缓慢晃动料粉槽的同时做圆周运动，将纳米零价铁粉末分散在湿润的聚偏氟乙烯膜上，接着脱模，静置，真空干燥，得负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜。

11、进一步地，晃动料粉槽时，料粉槽与静电吸附区之间的距离为3-5mm。

12、进一步地，s1中，所述n-n二甲基乙酰胺和聚偏氟乙烯颗粒的质量比为1∶6-1∶7；

13、铸膜液与纳米零价铁粉末的质量比为15∶2-10∶1.2。

14、进一步地，s2中，所述高压静电的电压大于2000v。

15、优选地，s1中，所述加热处理的具体条件为：加热温度为55-65 ℃，加热时间为4-6h；

16、s2中，所述干燥的具体条件为：干燥温度为45-60℃，干燥时间为20-30min。

17、理论解释：本发明利用聚偏氟乙烯膜负载纳米零价铁，并且利用电场调控的纯物理方法令纳米零价铁均匀分布在聚偏氟乙烯膜上，其原理为：纳米零价铁通过高压静电发生器后带电，在电场力与重力的作用下，嵌合在聚偏氟乙烯膜表面，同时由于静电力的作用，纳米铁本身会互相排斥，能够均匀的分布在聚偏氟乙烯膜上，提高了膜的纯净性，相比单一纳米铁还具有易回收的优点；另外，由于静电吸附垂直方向的电场力，纳米零价铁在聚偏氟乙烯膜上不会被包埋过深，进而影响其活性位点，导致吸附、还原效果降低。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明具体有益效果如下：

19、（1）受静电植砂启发，本发明以电场驱动向聚偏氟乙烯膜喷涂纳米零价铁，为纳米零价铁利用效能提高和失活纳米铁原位再生奠定了理想的材料基础，还为含铬废水处理提供新的解决方法；

20、（2）本发明运用纯物理方法获得的聚偏氟乙烯膜，既能提高处理含铬废水的经济效益，还减少了化学污染，同时因为没有化学反应参与，使得膜的纯净性进一步提高，大大降低了其它离子对污染处理影响的可能性；

21、（3）本发明解决了纳米零价铁易团聚、氧化、不稳定的缺点，还能对其进行回收利用，进一步加大经济效应，对环境友好，同时成本低，效益高，且对铬有较好的吸附、还原效果，可以用于环境中重金属铬污染的修复，具有较好的应用前景。

1.一种负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：s2中，所述高压静电是通过高压静电发生器产生的；所述高压静电发生器包括直流电压源（1）和增压模块（2）；所述直流电压源（1）的正极通过所述增压模块（2）与料粉槽（3）连接，所述直流电压源（1）的负极通过所述增压模块（2）与静电吸附区（4）连接。

3.根据权利要求2所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述料粉槽（3）包括侧壁（31）以及设置在所述侧壁（31）下方的筛网（32）；其中，所述侧壁（31）为绝缘材料；所述筛网（32）具体为150-200目的金属导电筛网。

4.根据权利要求2所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：所述增压模块（2）包括自激振荡电路和倍压电路。

5.根据权利要求2所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：湿润的聚偏氟乙烯膜通过静电吸附区（4）与所述高压静电发生器电连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：通过高压静电将纳米零价铁粉末分散在湿润的聚偏氟乙烯膜上的具体步骤如下：

7.根据权利要求6所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：晃动料粉槽（3）时，料粉槽（3）与静电吸附区（4）之间的距离为3-5mm。

8.根据权利要求1所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：s1中，所述n-n二甲基乙酰胺和聚偏氟乙烯颗粒的质量比为1∶6-1∶7；

9.根据权利要求1所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：s2中，所述高压静电的电压大于2000v。

10. 根据权利要求1所述的负载纳米铁的聚偏氟乙烯膜的制备方法，其特征在于：s1中，所述加热处理的具体条件为：加热温度为55-65 ℃，加热时间为4-6h；