阅读说明：本技术 新型活性椰壳炭/pu微孔膜 (Novel active coconut shell charcoal/PU microporous membrane ) 是由 沈惠玲 杨叶青 于 2018-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明为一种新型的高性能椰壳炭/PU微孔过滤膜,该膜由如下组分配成溶液混合后而得：聚氨酯15-25份；N,N-二甲基甲酰胺75-80份；活性椰壳炭0.2～0.8份。该实验分为两大部分：第一部分,先将破碎的椰壳炭化,接着将其浸泡在草酸溶液中搅拌,然后在密闭的高温炉中活化,洗涤干净、烘干；第二部分,将聚氨酯,N、N-二甲基甲酰胺、活性椰壳炭加入容器中,搅拌到完全溶解均匀；在玻璃板上刮制均匀的铸膜液并浸入去离子水中；待铸膜液成膜后,将膜浸泡在丙三醇溶液中一段时间后取出晾干。所述PU膜具有优良的综合特性,即金属吸附特性以及较高的孔隙率。本发明的制备工艺简单、易操作,且在整个过程中安全、无毒,易于实现。(The invention relates to a novel high-performance coconut shell carbon/PU (polyurethane) microporous filtering membrane, which is prepared by mixing the following components in parts by weight: 15-25 parts of polyurethane; 75-80 parts of N, N-dimethylformamide; 0.2-0.8 part of active coconut shell carbon. The experiment is divided into two major parts: firstly, carbonizing broken coconut shells, then soaking the broken coconut shells in an oxalic acid solution, stirring, then activating in a closed high-temperature furnace, washing and drying; secondly, adding polyurethane, N, N-dimethylformamide and active coconut shell carbon into a container, and stirring until the polyurethane, the N, N-dimethylformamide and the active coconut shell carbon are completely and uniformly dissolved; scraping uniform membrane casting solution on a glass plate and immersing the glass plate in deionized water; after the membrane casting solution forms a membrane, the membrane is soaked in a glycerol solution for a period of time and then taken out for drying. The PU film has an excellent combination of properties, i.e., metal adsorption properties, and high porosity. The preparation process is simple, easy to operate, safe, nontoxic and easy to realize in the whole process.)

新型活性椰壳炭/PU微孔膜

技术领域

本发明所述PU膜，涉及PU膜的性能改进，一种新型的无机填料加PU的复合过滤膜。

背景技术

随着科技的不断进步，工业也得到了突飞猛进的发展，同时也带来了土地、水和大气污染越来越严重，这就使得很多的研究者们开始考虑并着手研制出一些可以具有净化土壤、空气、水能力材料或者仪器，所以膜分离技术应运而生，同时它在环境工程中也扮演者越来越突出的角色。应用膜分离技术处理工业废水、废气已被证明是行之有效的方法，在许多废水处理中膜分离技术可以实现循环式处理，在消除污染的同时将废物转化为有用之物，减少了经济损失，增加在社会效益。膜分离技术虽然广泛应用于化工行业，但对化工生产中，很多化学废液难以完全或者安全处理，随之而来的污染也越发严重，故此类情况对膜的性能要求也越来越高，因此需要开发出广泛的化学生产膜材料。

活性炭材料是一种化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂的无定形碳，具有较大的比表面积，它独特的表面结构特性和表面化学性能，使得它成为一种性能优良的吸附剂，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力，尤其是经过特定物质活化处理的炭对重金属离子的吸附具有很好的效果，已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、药物精制等各个领域。活性碳可以再生，但加工成本较高、价格昂贵等缺点，使得它在工业上不具有经济实用性，因此，迫切需要找到一种更具经济实用型和高效的新型吸附剂，用来代替活性炭。实验发现，活化后的椰壳炭具有丰富的微孔，孔径适中、分布均匀，比普通的活性炭拥有更大的比表面积和吸附性。研究发现，将椰壳炭先在高温下烧炭化，然后用草酸溶液进行高温活化，结果发现采用草酸溶液浸泡和高温活化一段时间后，椰壳炭表面的的孔(包括介孔和微孔)大大增加，为离子吸附增加了附着的空间，吸附能力大大提升。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备工艺安全、简单，易于实现工业化的新型椰壳炭/PU过滤膜的配方及制备方法。

为实现上述目的，本发明公开一种聚氨酯微孔膜，配方包括以下重量份组分：

聚氨酯 15-25份

N，N-二甲基甲酰胺 75-80份

700℃条件下活性椰壳炭 0.2～0.8份

所述聚氨酯为5280挤出级聚酯型聚氨酯。

所述活性椰壳炭的份数分别为为0.2份，0.4份，0.6份，0.8份。

本发明还提供了该新型椰壳炭/PU微孔膜的生产方法，由以下步骤组成：

第一步：将破碎的椰壳在密闭的700℃高温条件下炭化，然后选取一定粒度的椰壳炭浸泡在草酸溶液中搅拌至少4h，然后把浸泡过草酸溶液的炭放在密闭的马弗炉中高温活化30min，最后把活化后的椰壳炭用盐酸和去离子水冲洗、洗涤干净后烘干即可；

第二步：将N，N-二甲基甲酰胺75-85份，聚氨酯15-25份，不同份数条件下的椰壳炭在60℃下搅拌混合均匀，真空脱泡。

第二步：在干燥洁净的玻璃板刮制厚度均匀的铸膜液并立即浸入去离子水中，铸膜液分相成膜后，在去离子水中浸泡24h至膜自动从玻璃板上脱落，再用清水将制得的膜表面的溶剂清洗干净。

第三步：将膜浸泡在体积分数为50％丙三醇溶液中，48小时候后取出自然晾干。

本发明的优点和有益效果：

本发明所制备的不同重量下改性椰壳炭的聚氨酯共混膜，首先是在四个不同的活化温度下挑选吸附性能最好的椰壳炭，然后再和PU共混去制膜。制备出的膜不仅较高的成膜动力学，还具有相当高的孔隙率。除此之外，该膜还具有较高的断裂拉伸应变，因此在过滤膜的研究方面又开辟了新途径。本发明所述制备方法简单，更容易实现工业化，具有商业价值。

附表说明

表1为添加不同温度下的活性椰壳炭对Cr⁶⁺的吸附量对比表；

表2为添加不同份数的活性椰壳炭对膜的成膜速率对比表；

表3为添加不同份数的活性椰壳炭对膜的孔隙率影响对比表。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作详细的说明

实施例：

将N，N-二甲基甲酰胺80份；聚氨酯20份；700℃温度条件下的活性椰壳炭按0.2/0.4/0.6/0.8四份分别加入到四个不同的三口烧瓶中，在60℃下高速搅拌混合均匀，真空脱泡。在干燥洁净的玻璃板用自制刮膜器刮制厚度均匀的铸膜液并立即浸入去离子水中，铸膜液分相成膜后，在去离子水中浸泡24小时至膜自动从玻璃板上脱落，再将用清水将膜表面的溶剂洗净。最后将膜浸泡在体积分数为50％丙三醇溶液中，48小时候后取出自然晾干。

采用紫外可见分光光度计测量用不同的活性椰壳炭吸附Cr⁶⁺溶液前后的过滤前后溶液中Cr⁶⁺的吸光度，然后用标准曲线算出吸附后的浓度，再用公式Q＝(C₀-C₁)×V算出吸附量，C₀、C₁分别为吸附前后Cr⁶⁺浓度，V为吸附溶液的体积，测试结果列于表1：

使用自制的膜动力学测试仪，时间间隔为0.1S，串口波特率为115200，在所测数据中选取3秒内的电压值进行电压与时间的线性拟合，斜率即为成膜动力学，测试结果列于表2；

将厚度大体一致的椰壳炭-聚氨酯微孔膜裁剪成3.0cm×3.0cm大小的试样，用测厚仪测其厚度，每组测3个点取平均值。称量干重m₁后放于去离子水中，室温浸泡24h后，取出用吸水纸吸干表面的水后称量湿重m₂。孔隙率是在20℃去离子水的环境下测量得到的。孔隙率Pr计算公式为：Pr(％)＝[(m₂-m₁)/ρ×S×D]，测试结果列于表3：

综以上三个表可见：在本发明技术中，首先选用吸附性能最好的一组活性椰壳炭，然后在用该组椰壳炭制备椰壳炭-聚氨酯共混膜，该膜不仅较高的成膜动力学，而且具有较高的孔隙率、综合性能优良，在过滤膜的研究方面又开辟了新途径；本发明所述制备方法简单，更容易实现工业化，具有商业价值。

表1不同温度条件下的活性椰壳炭对Cr⁶⁺的吸附量

椰壳炭的活化温度	未活化的炭	600℃	700℃	800℃	900℃
						吸附量(mg/g)	5.69	12.4	14.28	5.89	5.72

表2不同份数条件下的椰壳炭/PU过滤膜成膜动力学

表3不同份数条件下的椰壳炭/PU过滤膜的孔隙率