含聚阳离子型离子液体聚合物改性的多孔膜对水中重金属离子选择性去除的机理研究

Heavy metals and their compounds may accumulate in living bodies and cause irreversible damage to the organ, its emissions and treatments have been the focus of global concern. At present, the membrane applied in the treatment of wastewater containing heavy metals are mainly dense membrane, because of the larger pore size of porous membrane, it cannot remove the heavy metal ions, therefore, it is necessary to modify the surface of the porous membrane. The membrane surface can be charged by the modification with poly(ionic liquid), and based on the principle of repulsion between the same charges, the removal of heavy metal ions by the charged membrane can be realized. The project plans to synthesize block polymer containing poly cationic ionic liquid, blend it with base membrane such as polyvinylidene fluoride, to prepare surface positively charged porous membranes, and to realize the selective removal of heavy metal ions in water with the application of electric field. The project will study (1)the effects of the chemical structure of porous membrane prepared from the polymer containing poly cationic ionic liquid on the removal of the different heavy metal ions in water; (2) the influence of the applied electric field on membrane's physical structure; (3) focus on the effect of applied electric field on the selective removal of heavy metal ions by the membrane; and finally explain the mechanism of the selective removal of heavy metal ions in water by this membrane. The aim of this study is to provide data support for the development of new membrane materials for selective removal of heavy metal ions in water, and to lay a good theoretical foundation for its industrial application.

重金属及其化合物易在生物体内蓄积而对器官产生不可逆的损害，因而重金属的排放与治理一直是全球关注的焦点。目前，应用于处理含重金属废水的膜主要为致密膜，多孔膜则因孔径较大而无法截留粒径极小的重金属离子，因此，需对多孔膜表面进行改性研究。利用聚离子液体对膜进行改性，可使膜表面带电荷，基于同种电荷相斥的原理，可实现荷电膜对重金属离子的去除。本项目拟合成含聚阳离子型离子液体的嵌段聚合物，将其与基膜如聚偏氟乙烯共混制备表面荷正电的多孔膜，实现其在外加电场作用下，对水中重金属离子的选择性截留。课题将研究（1）聚合物的结构对膜去除水中不同重金属离子的影响；（2）外加电场对膜的物理结构的影响；（3）重点研究外加电场对膜选择性截留重金属离子的影响；最终解释该膜对水中重金属离子的选择性去除机理。本研究旨在为开发选择性去除水中重金属离子的新型膜材料提供数据支持，为其工业化应用提供理论依据。

重金属的排放与治理一直是全球关注的焦点。目前用于处理含重金属废水的膜主要为致密膜，多孔膜因孔径较大而无法截留粒径极小的重金属离子，因此，需对多孔膜进行改性研究。本项目利用聚离子液体对膜进行改性，使膜表面带电荷，基于同种电荷相斥的原理，研究荷电膜对重金属离子的去除。项目合成了多个含有咪唑阳离子基团的阳离子型聚离子液体聚合物P((BVIm-Br)m-co-(PEGMA)n)，将其与聚偏氟乙烯（PVDF）共混制备荷电的共混多孔膜，研究了其对水中重金属离子如Cu2+等的截留，同时结合P((BVIm-Br)m-co-(PEGMA)n)/PVDF共混膜对水中其他污染物如牛血清蛋白BSA、染料罗丹明6G和橙黄IV等的去除和吸附能力，分析了共混膜的结构（包括聚离子液体的分子结构）对去除不同污染物的影响。结果表明：阳离子型聚离子液体P((BVIm-Br)m-co-(PEGMA)n)中的阳离子型离子液体BVImBr的比例越高，其制备的共混膜的亲水性越高，水接触角可低至55.0°，表面荷正电性越强；同时，改变共混膜的制备条件，如提高共混膜中聚合物的浓度、向凝固浴中加入适量的有机溶剂可以制备得到具有水通量低（膜孔径小）且膜面正电性强的共混多孔膜，水通量可低至19.5 L/m2·h，以实现高效去除水中的重金属离子。此外，初步研究显示外加电场对共混多孔膜的孔径影响较小，仍需要进一步详细探究。.通过近3年的研究，已发表与本项目相关的SCI论文7篇，中文核心论文5篇，申请发明专利1项，另有3篇正在整理发表。本项目旨在为开发选择性去除水中重金属离子的新型膜材料提供数据支持，为其工业化应用提供理论依据。.