一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于纳滤膜技术领域，具体涉及一种阳离子接枝的HKUST

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳滤膜
，具体涉及一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳滤膜是一种介于超滤和反渗透之间的压力驱动膜，它具有纳米级孔径，一般在0.5-2nm之间。和其它膜相比，纳滤膜分离有三个显著特点：(1)它的纳米级孔径对小分子有机物有较高的截留特性；(2)表面分离层带有一定荷电性，具对一、二价离子有不同选择性；(3)纳滤过程所需的操作压力低，一般在2MPa 以下。纳滤膜在多个方面都有极大的应用；在环境上，可以用于污废水的处理，大量的生产优质水；在脱盐技术，制药和生物技术和食品工业等领域也有极大的应用潜力。
[0003]目前，市场上的的纳滤膜多数呈荷负电或中性，在燃料或生物大分子的分离和浓缩、阴极电泳漆废液的处理、药液和纯水中细菌内毒素的脱除等特殊的领域中实际使用效果不佳，十分容易被处理液中的物质所污染，从而失效。因此既具备普通纳滤膜的优点，又能在上述特殊环境使用的荷正电纳滤膜备受关注。但是现有技术中制备的荷正电纳滤膜对于纯水的通量，离子的截留率上有望进一步提高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中荷正电纳滤膜的纯水通量较低，离子留存不高的技术缺陷，本专利技术提供一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]步骤一：将玻璃板先后放入无水乙醇和水溶液中超声20-30min，取一定量的聚丙烯腈粉末溶于适量的N,N-二甲基甲酰胺溶液中并在65-70℃的温度下搅拌8-10h，然后将溶液静置12h后取适量的溶液倒在洗涤后的玻璃板上，并以一定的高度用金属刮刀在玻璃板上刮涂成膜，然后将玻璃板放入水中18-24h，随后去除玻璃板将膜阴干得到基膜。
[0008]步骤二：用甲基三乙基四氟硼酸铵改性多孔碳纤维，将一定量的改性多孔碳纤维和适量三水硝酸铜加入去离子水中，适量的1,3,5-苯三甲酸(H3BTC)溶解于无水乙醇中，然后将H3BTC的无水乙醇溶液缓慢的滴入含改性多孔碳纤维的三水硝酸铜溶液中，室温下搅拌1-2h得到混合溶液，随后将混合溶液倒入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在120-130℃下保温24-36h，冷却至室温后真空抽滤，并用无水乙醇和去离子水交替洗涤样品，洗涤后将样品冻干并置于十六烷基三苯基溴化磷的水溶液中24-36h，然后将样品用去离子水洗涤3次，再将洗涤后的样品加入醋酸中，在40-50℃的水浴下快速搅拌1-2h得到预涂液。
[0009]步骤三：取适量的步骤二制备的预涂液，倒在基膜上，然后用金属刮刀将预涂液均
匀的平铺在基膜上，涂抹完成5-7min后将得到的样品浸于500ml戊二醛溶液中12-15h，随后用去离子水洗涤2次后得到阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜。
[0010]所述步骤一中使用的聚丙烯腈粉末的分子量为150kDa。
[0011]所述步骤二中改性碳纤维和三水硝酸铜的质量比为1:0.23-1:0.26，三水硝酸铜和H3BTC的物质的量之比为1:1-1.5:1，十六烷基三苯基溴化磷的水溶液的用量为可以将对应样品全部浸泡。
[0012]优选地，所述步骤一中聚丙烯晴粉末在N,N-二甲基甲酰胺中的浓度为 18-22wt％；刮刀的高度为180-200μm。
[0013]优选地，所述步骤二中改性多孔碳纤维的制备方法如下：将聚丙烯腈以 10wt％的浓度加入二甲基乙酰胺中超声8-10min得到溶液，然后向溶液中加入聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯的质量是聚丙烯腈的1/10-1/13；随后在50℃的水浴下搅拌12-16h得到纺丝溶液，再把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上纺制纤维膜，并把得到的纤维膜放入55-60℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在280-290℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h 碳化得到多孔纳米碳纤维，再将多孔碳纤维置于浓度为3mol/L的甲基三乙基四氟硼酸铵的水溶液中并放入反应釜在110-120℃下保温24-30h得到改性多孔碳纤维。
[0014]优选地，所述步骤二中三水硝酸铜在水中的浓度为0.03g/ml；H3BTC在无水乙醇中的浓度为0.1g/ml，H3BTC的无水乙醇溶液的滴加速度为2ml/min；十六烷基三苯基溴化磷的水溶液的浓度为0.4g/ml。
[0015]优选地，所述步骤三中刮刀高度为50-80μm，戊二醛溶液的浓度为25wt％。
[0016]本专利技术还提供另一技术方案，上述方法制备得到的复合荷正电纳滤膜，其中纳滤膜的主要成分为不同阳离子改性接枝HKUST-1-多孔碳纤维，HKUST-1在多孔碳纤维上的负载量为63-71wt％。
[0017]有益效果：
[0018](1)本专利技术制备的复合荷正电纳滤膜以聚丙烯腈膜为支撑基底，在上面涂覆一层功能层；这种纳滤膜制备方法具备大规模应用生产的潜力。
[0019](2)纳滤膜的功能层以两种不同阳离子改性接枝的HKUST-1-多孔碳纤维为主体，纳米尺寸的MOF材料HKUST-1具备极佳的比表面积，负载在多孔碳纤维上可以使其均匀的分布，避免了团聚现象的发生；而且HKUST-1和多孔碳纤维的复合形成了三维的结构，大大的增强了复合材料的吸附能力，可以提升纳滤膜附近的局部离子浓度，为功能层的有效过滤奠定了基础。
[0020](3)用甲基三乙基四氟硼酸铵对多孔碳纤维改性，它改性有两个作用，一是为后续HKUST-1和十六烷基三苯基溴化磷的均匀分布做铺垫，二是也可以提高复合材料的阳离子含量，从而增强纳滤膜的性能。
[0021](4)用十六烷基三苯基溴化磷对负载HKUST-1后的复合材料改性，它和季铵盐相比有着更大半径的磷原子，相应的离子半径也大，故有着更强的极化作用，所以用十六烷基三苯基溴化磷改性后使复合材料具备了更强的正电性。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0023]实施例1
[0024]步骤一：将玻璃板先后放入无水乙醇和水溶液中超声20min，将聚丙烯腈粉末溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中并在65℃的温度下搅拌10h，然后将溶液静置 12h后取适量的溶液倒在洗涤后的玻璃板上，并以一定的高度用金属刮刀在玻璃板上刮涂成膜，然后将玻璃板放入水中24h，随后去除玻璃板将膜阴干得到基膜。
[0025]步骤二：用甲基三乙基四氟硼酸铵改性多孔碳纤维，将改性多孔碳纤维和三水硝酸铜加入去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将玻璃板先后放入无水乙醇和水溶液中超声20-30min，取一定量的聚丙烯腈粉末溶于适量的N,N-二甲基甲酰胺溶液中并在65-70℃的温度下搅拌8-10h，然后将溶液静置12h后取适量的溶液倒在洗涤后的玻璃板上，并以一定的高度用金属刮刀在玻璃板上刮涂成膜，然后将玻璃板放入水中18-24h，随后去除玻璃板将膜阴干得到基膜；步骤二：用甲基三乙基四氟硼酸铵改性多孔碳纤维，将三水硝酸铜加入去离子水中，适量的1,3,5-苯三甲酸溶解于无水乙醇中，然后将1,3,5-苯三甲酸的无水乙醇溶液缓慢的滴入含改性多孔碳纤维的三水硝酸铜溶液中，室温下搅拌1-2h得到混合溶液，随后将混合溶液倒入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在120-130℃下保温24-36h，冷却至室温后真空抽滤，并用无水乙醇和去离子水交替洗涤样品，洗涤后将样品冻干并置于十六烷基三苯基溴化磷的水溶液中24-36h，然后将样品用去离子水洗涤3次，再将洗涤后的样品加入醋酸中，在40-50℃的水浴下快速搅拌1-2h得到预涂液；步骤三：取适量的步骤二制备的预涂液，倒在基膜上，然后用金属刮刀将预涂液均匀的平铺在基膜上，涂抹完成5-7min后将得到的样品浸于500ml戊二醛溶液中12-15h，随后用去离子水洗涤2次后得到阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜；所述步骤二中改性碳纤维和三水硝酸铜的质量比为1:0.23-1:0.26，三水硝酸铜和1,3,5-苯三甲酸的物质的量之比为1:1-1.5:1。2.根据权利要求1所述的一种阳离子接枝的HKUST-1-多孔碳纤维复合荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中聚丙烯腈粉末的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯云龙，
申请(专利权)人：冯云龙，
类型：发明
国别省市：