氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用技术

一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用，该氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法包括将超滤基膜浸入到配置好的水相溶液中反应，干燥后得到超滤基膜一；将超滤基膜一浸入到油相溶液中反应，得到超滤基膜二；将超滤基膜二热处理后得到超滤基膜三；将超滤基膜三酸处理，得到氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜。本发明专利技术通过加入二维碳材料氮化碳(C

【技术实现步骤摘要】
氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及膜制备
，具体涉及一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
纳滤膜作为一种表面荷电的分离膜，不仅可以通过筛分作用来分离不同分子量的物质，还可以通过静电排斥作用对溶质进行选择性分离，且其操作压力比反渗透膜低，减少了较大的能耗，是一种工艺简单、优势明显的资源回收方法。因此，近年来纳滤膜分离技术已广泛应用于纯水制备、海水淡化脱盐、小分子有机物回收与去除、重金属富集与回收、工业废水处理等众多领域。但大多数传统的纳滤膜是聚酰胺类膜，在极端环境(强酸、强碱、强氧化、高温等环境)下不耐受，易发生水解，限制了其在极端环境中的广泛应用。在实际化工过程中，酸性废水是我国最为常见的一类工业废水，如矿山废水、冶炼废水、电镀废水、硫酸法钛白粉酸性废水等。采用耐酸型纳滤膜可以实现对酸性废水中重金属离子和酸的同步分离和资源化回收，因此，研制耐酸纳滤膜具有重要意义。目前绝大部分耐酸型纳滤膜为荷负电纳滤膜，对多价阳离子的截留率和透酸率有待提高，且通量较低。制备荷正电和Janus纳滤膜是提高其对多价金属离子截留率的重要方法之一。目前常采用聚乙烯胺类物质与三聚氰氯经界面聚合反应制得，虽然该工艺制得的纳滤膜耐酸性和透酸率有所提高，但反应速率低，反应时间长，通量还需进一步提高。因此，专利技术一种工艺简单，反应时间短，水通量和多价盐金属离子截留率高的纳滤膜是十分有必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法，包括：S1：将超滤基膜浸入到配置好的水相溶液中反应，干燥后得到超滤基膜一；其中，水相溶液中包括水相单体A、缚酸剂、二维纳米材料B和表面活性剂；S2：将超滤基膜一浸入到油相溶液中反应，得到超滤基膜二；S3：将超滤基膜二热处理后得到超滤基膜三；S4：将超滤基膜三酸处理，得到氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜，采用如上所述的制备方法获得。作为本专利技术的又一个方面，还提供了如上所述的氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜在水质净化领域的应用。基于上述技术方案可知，本专利技术的氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜及其制备方法和应用相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：1、本专利技术的技术特点在于通过加入二维碳材料氮化碳(C3N4)，提供了狭窄、光滑且相互连通的二维通道，阻隔了大分子物质通过，降低了水分子运输阻力；采用界面聚合的方法将添加了二维碳材料C3N4的复合功能层牢固负载于超滤基膜的表面，在保证耐酸性和对多价阳离子的截留率的前提下，显著提高了水通量，制备出高通量(51-213LMH/MPa)的C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜；2、本专利技术的制备方法中，通过控制C3N4浓度及后续处理过程，加快了水相和油相的反应速率，减少了反应时间，且反应所得复合功能层结构疏松，有利于提升水通量，最后，该制备方法简单易实现工业化生产，具有广泛的应用前景；3、本专利技术制备的纳滤膜在保证耐酸性和盐截留率的前提下，提高了100％～150％的膜通量，制备所得纳滤膜为Janus膜，相比荷负电纳滤膜，对多价阳离子的截留性能增强，相比荷正电纳滤膜，对于荷负电污染物的抗污染性能提升，因此该耐酸纳滤膜的应用范围更宽，应用领域更广；4、本专利技术的方法制备的高通量C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜主要应用于含重金属离子的酸性废水的回收处理。附图说明图1是实施例1中的高通量C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜对2g/LMgCl2的截留率随浸泡时间变化曲线对比图；图2是实施例5中未添加C3N4和添加了C3N4制备所得的Janus耐酸型纳滤膜对2g/LMgCl2的截留率随反应时间的变化曲线对比图；图3是实施例1～4及对比例1～2中纳滤膜的通量(柱状图)及镁盐截留率(点线图)对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种高通量C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法，属于膜制备
首先将聚乙烯亚胺、十二烷基磺酸钠、石墨相C3N4固体依次加入到去离子水中，制备水相溶液；再将三聚氰氯溶解于有机溶剂中，制备油相溶液，最后将超滤基膜在常压下与水相溶液接触反应，随后去除多余溶液，接着再与油相溶液接触反应一段时间，进行热处理后，用去离子水冲洗，并保存在离子水中，即得到所述的高通量C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜。本专利技术通过在水相溶液中添加二维纳米材料C3N4粉末，在保证耐酸性和对多价阳离子的截留率不变的前提下，提高了纳滤膜的通量，其通量提高了100％～150％。另外，所制备纳滤膜为Janus膜，相比荷负电纳滤膜，对二价及多价阳离子的截留性能增强，相比荷正电纳滤膜，对于荷负电污染物的抗污染性能增强；该膜制备方法简单，易操作，易实现工业化生产，具有广泛的应用前景；制备的高通量C3N4改性Janus耐酸型纳滤膜主要应用于水质净化、工业废水处理领域中，尤其应用于含重金属离子的酸性废水处理中。本专利技术公开了一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法，包括：S1：将超滤基膜浸入到配置好的水相溶液中反应，干燥后得到超滤基膜一；其中，水相溶液中包括水相单体A、缚酸剂、二维纳米材料B和表面活性剂；S2：将超滤基膜一浸入到油相溶液中反应，得到超滤基膜二；S3：将超滤基膜二热处理后得到超滤基膜三；S4：将超滤基膜三酸处理，得到氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜。在本专利技术的一些实施例中，步骤S1中，所述水相溶液中水相单体A的浓度为5至25g/L，例如为5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、10g/L、12g/L、15g/L、18g/L、20g/L、22g/L、25g/L；在本专利技术的一些实施例中，步骤S1中，所述水相溶液中缚酸剂的浓度为0.1至5wt％，例如为0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％；在本专利技术的一些实施例中，步骤S1中，所述水相溶液中二维纳米材料B的浓度为0.01至10wt％，例如为0.01wt％、0.02wt％、0.05wt％、0.08wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％；在本专利技术的一些实施例中，步骤S1中，所述水相溶液中表面活性剂的浓度为0.02至0.08wt％，例如为0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法，包括：/nS1：将超滤基膜浸入到配置好的水相溶液中反应，干燥后得到超滤基膜一；其中，水相溶液中包括水相单体A、缚酸剂、二维纳米材料B和表面活性剂；/nS2：将超滤基膜一浸入到油相溶液中反应，得到超滤基膜二；/nS3：将超滤基膜二热处理后得到超滤基膜三；/nS4：将超滤基膜三酸处理，得到氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜的制备方法，包括：
S1：将超滤基膜浸入到配置好的水相溶液中反应，干燥后得到超滤基膜一；其中，水相溶液中包括水相单体A、缚酸剂、二维纳米材料B和表面活性剂；
S2：将超滤基膜一浸入到油相溶液中反应，得到超滤基膜二；
S3：将超滤基膜二热处理后得到超滤基膜三；
S4：将超滤基膜三酸处理，得到氮化碳改性Janus耐酸型纳滤膜。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S1中，所述水相溶液中水相单体A的浓度为5至25g/L；
步骤S1中，所述水相溶液中缚酸剂的浓度为0.1至5wt％；
步骤S1中，所述水相溶液中二维纳米材料B的浓度为0.01至10wt％；
步骤S1中，所述水相溶液中表面活性剂的浓度为0.02至0.08wt％。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S1中，所述水相单体A包括聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯苯胺、聚苯甲胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺中的任一种或多种组合；
步骤S1中，所述缚酸剂包括三乙胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、N，N-二异丙基乙胺、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾中任一种或多种组合；
步骤S1中，所述二维纳米材料B为石墨相C3N4固体或溶液。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S1中，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、四...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，孟芸翊，俞灵，张勇，李魁岭，曹爱新，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11