本发明专利技术公开了一种UiO‑66‑NH2复合材料及其制备方法和在海水淡化中的应用，所述UiO‑66‑NH2复合材料包含经3‑氨丙基三乙氧基硅烷修饰的载体和UiO‑66‑NH2膜层，其中，所述UiO‑66‑NH2膜层通过共价连接在所述载体上。本发明专利技术中，将经3‑氨丙基三乙氧基硅烷修饰的载体置于UiO‑66‑NH2膜反应液中反应得到所述UiO‑66‑NH2复合材料。本发明专利技术的UiO‑66‑NH2复合材料，制备方法简单，具有优异的海水淡化处理性能，适合大规模推广。
UiO-66-NH2 composite and its preparation and application in seawater desalination
The invention discloses a UiO_66_NH2 composite material and its preparation method and application in seawater desalination. The UiO_66_NH2 composite material comprises a carrier modified by 3_aminopropyl triethoxysilane and a UiO_66_NH2 film layer, wherein the UiO_66_NH2 film layer is covalently connected to the carrier. In the present invention, the carrier modified by 3_aminopropyl triethoxysilane is reacted in UiO_66_NH2 film reaction solution to obtain the UiO_66_NH2 composite material. The UiO_66_NH2 composite material of the invention has the advantages of simple preparation method, excellent desalination treatment performance, and is suitable for large-scale popularization.
【技术实现步骤摘要】
UiO-66-NH2复合材料及其制备方法和在海水淡化中的应用
本专利技术涉及MOFs膜，具体地涉及一种UiO-66-NH2复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的重要资源之一。由于淡水资源分布不均匀，许多国家存在淡水资源供给压力甚至面临淡水资源危机。近年来，伴随着人口的增长和社会的发展，人类对淡水的需求量开始增加，特别是进入21世纪以来，人类在农业、工业和生活用水等方面对淡水的需求量猛然增加。加上对水资源消耗量的增大和对水资源污染的严重，导致了全球性的淡水资源危机。全世界有100多个国家存在不同程度的缺水问题。我国的人均水资源占有量只有2200m3，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源占有量最贫乏的13个国家之一。在我国有大约2/3的城市处于缺水状态,110个城市出现严重缺水现象。由于对水资源利用、开发的不恰当，导致了各种形式的水污染：酸化、水体富营养化、油污污染、重金属污染等等。这些水污染现象，已经对生态环境、人类健康构成了重大威胁，阻碍着经济和社会可持续发展。因此现在迫切要解决的问题是如何增加淡水资源量，满足现今社会经济的发展和人类生活的需求。地球上的水的存在形式，其中约占97％水体为海水，淡水仅占其余的3％。而在这3％的淡水的包括地下水，河流，湖泊及冰川，其中人类使用的淡水资源量不足总资源量的0.2％。我国海域占地辽阔，如果对全球水资源总量绝大部分的海水实现部分淡化，就能够大大地改善当前所面临的淡水缺乏的问题。利用海水淡化技术，是处理海水淡化的有效手段之一。因此，采用海水淡化技术进行海水淡化操作对淡水资源供应有重大战略意义和发展前景。现在被广泛使用的海水淡化方法主要有：多级闪蒸技术、反渗透(RO)膜技术、低温多效蒸馏技术、太阳能法、电渗析以及低压汽蒸馏。渗透汽化作为一种近年发展起来的新型膜分离技术，其突出优点是同时兼具膜法和热法的优势，而且相比于膜蒸馏技术，其可选材料较为广泛，且亲水性的膜材料可有效地避免操作过程中的污染，延长膜的使用寿命，并且对进水水质要求较低，从而避免了对进料液复杂的预处理程序，有效地降低操作成本，成为继多级闪蒸技术、低温多效蒸饱技术和反渗透技术等脱盐技术之后，解决当前日益严重的淡水资源危机和对高浓度盐水进行处理的最有潜力的技术之一。目前用于商业化的渗透汽化膜，面临的条件苛刻。因此，新型的膜材料要具有很好的性能及稳定性，在苛刻条件下依然保持良好的性能是目前用于渗透汽化的新型材料的首选。MOFs材料(金属有机框架化合物)是近几十年兴起的新型材料类型，金属有机框架化合物的均一孔径、高比表面积和吸附亲和力等独特的结构特点使其在组装成具有优异性能的膜材料方面具有很强的吸引力。UiO-66是由Cavka等人在2008年发现的一种MOFs材料，其结构组成为Zr6(OH)4O4连接十二个对苯二甲酸链。UiO-66具有很高的水热稳定性和化学稳定性，因此得到了广泛的研究，且本领域仍需对UiO-66进一步改进和深入研究，以获得具有优异性能的海水淡化材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单、均匀致密、在水中稳定性好、海水淡化性能优异的MOF复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的第一方面，提供一种UiO-66-NH2复合材料，所述UiO-66-NH2复合材料包含经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体和UiO-66-NH2膜层，其中，所述UiO-66-NH2膜层通过共价连接在所述载体上。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜是致密膜。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜是均匀的致密膜。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜层的厚度为1-5μm，较佳为1-2微米。在另一优选例中，所述载体为多孔氧化铝管状载体。在另一优选例中，所述多孔氧化铝管状载体具有以下一个或多个特征：(1)外径为8-20mm，较佳为10-15mm、6-12mm或8-11mm；(2)长度为30-120mm；(3)孔径为0.1-5μm，较佳地0.3-3μm，更佳地0.5-2μm；(4)孔隙率为10-50％，较佳地20-40％；(5)内径为6-12mm，较佳地8-11mm。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜紧密结合与所述多孔氧化铝管状载体表面。在另一优选例中，所述“紧密结合”指所述的UiO-66-NH2膜通过共价键结合于所述多孔氧化铝管状载体表面。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜在水中可稳定存在。在另一优选例中，所述“在水中可稳定存在”指：将所述UiO-66-NH2膜在海水淡化测试中处理120h(较佳地150h，更佳地200h)后，所述UiO-66-NH2膜的形貌稳定，不会发生溶胀起皱脱落现象。在另一优选例中，所述MOF复合材料具有以下特征：(1)所述UiO-66-NH2复合材料的脱盐率≥99.9％；和/或(2)所述UiO-66-NH2复合材料在90℃的水通量≥10kg/(m2·h)。在另一优选例中，所述MOF复合材料在75℃的盐水中工作120h后，其脱盐率和水通量的变化均≤5％，较佳地≤3％，更佳地≤1％。本专利技术的第二方面，提供第一方面所述的UiO-66-NH2复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(a)提供经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体以及UiO-66-NH2膜反应液；(b)将所述经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体置于所述UiO-66-NH2膜反应液中反应得到所述UiO-66-NH2复合材料。在另一优选例中，所述经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体通过以下方法制备：将载体置于3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中反应得到所述经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体。在另一优选例中，所述载体为多孔氧化铝管状载体。较佳地，所述多孔氧化铝管状载体具有以下一个或多个特征：(1)外径为8-20mm，较佳为10-15mm、6-12mm或8-12mm；(2)长度为30-120mm；(3)孔径为0.1-5μm，较佳地0.3-3μm，更佳地0.5-2μm；(4)孔隙率为10-50％，较佳地20-40％；(5)内径为6-12mm，较佳地8-11mm。在另一优选例中，3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液所用溶剂为DMF、甲苯、或其混合溶剂。在另一优选例中，3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。在另一优选例中，载体在3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中于90-110℃下反应0.5-3h，得到所述经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜反应液包含四氯化锆、2-氨基对苯二甲酸和水。在另一优选例中，所述UiO-66-NH2膜反应液还包含有机溶剂。在另一优选例中，四氯化锆、2-氨基对苯二甲酸与水的摩尔比为0.1-10：0.1-10:0.1-10，较佳地0.5-3:0.5-3:0.5-6，更佳为0.8-1.5:0.8-1.5:0.8-2.5。在另一优选例中，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺(DEF)，N，N-二甲基乙酰胺(DMA)或两种以上的混合溶剂。在另一优选例中，所述步骤b)中，反应在100-150℃下进行20-50h得到所述UiO-66本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种UiO‑66‑NH2复合材料，其特征在于，所述UiO‑66‑NH2复合材料包含经3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体和UiO‑66‑NH2膜层，其中，所述UiO‑66‑NH2膜层通过共价连接在所述载体上。
【技术特征摘要】
1.一种UiO-66-NH2复合材料，其特征在于，所述UiO-66-NH2复合材料包含经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的载体和UiO-66-NH2膜层，其中，所述UiO-66-NH2膜层通过共价连接在所述载体上。2.如权利要求1所述的UiO-66-NH2复合材料，其特征在于，所述UiO-66-NH2膜层的厚度为1-5μm。3.如权利要求1所述的UiO-66-NH2复合材料，其特征在于，所述载体为多孔氧化铝管状载体。4.如权利要求3所述的UiO-66-NH2复合材料，其特征在于，所述多孔氧化铝管状载体具有以下一个或多个特征：(1)外径为8-20mm；(2)长度为30-120mm；(3)孔径为0.1-5μm；(4)孔隙率为10-50％；(5)内径为6-12mm。5.如权利要求1所述的UiO-66-NH2复合材料，其特征在于，所述MOF复合材料具有以下特征：(1)所述UiO-66-NH2复合材料的脱盐率≥99.9％；和/或(2)所述UiO-66-NH2复合材料在90℃的水通量≥10k...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄爱生，万林林，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。