一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2-C3N4异质结分离膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的制备方法。

技术介绍

[0002]超薄二维膜材料基于其可控的层间通道和非凡的选择性筛分，是构建高效分离膜的理想选择。其中二维碳化钛(MXene)表面含有大量活性官能团，一方面赋予其亲水性，另一方面可作为二次反应平台，通过交联、共价接枝等方式进行功能化，因此在膜分离领域被广泛研究。然而，在连续分离过程中，大量污染物在膜表面吸附并沉积，同时部分分子卡在片层间，导致内部孔隙堵塞。这种现象导致严重膜污染，渗透通量急剧下降，制约其实际应用。目前常用的方法是将MXene纳米片进行亲水基团修饰或者与多巴胺、埃洛石管等亲水材料复合，以此构建具有超润湿性能的分离膜。通常分离膜具有水下超疏油性(即分离膜表面在水中的油接触角为150
°
以上)，污染物在表面附着能力降低，通过简单的清洗即可去除部分污染。
[0003]CN113413902公开了一种Ti3C2/TiO2/g
‑
C3N4复合材料及其制备方法，采用原位法制备Ti3C2/TiO2/g
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C3N4复合材料。其过程为先制得g
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C3N4与二维片层材料Ti3C2，往Ti3C2与g
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C3N4内加入钛酸四丁酯，随后加入氢氟酸和无水乙醇，获得Ti3C2/TiO2/g
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C3N4复合材料。本专利技术采用的制备过程简单，制得的混合相Ti3C2/TiO2/g
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C3N4复合材料中TiO2以微球的形式分布在Ti3C2片层表面，g
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C3N4分布在TiO2微球和层状Ti3C2表面，增强了复合材料电荷分离效率。该Ti3C2/TiO2/g
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C3N4复合材料可作为催化剂材料在光催化领域应用。但是，1、该专利所产生的TiO2是额外加入反应原料的，且TiO2纳米粒子体积过小，这种方式使纳米粒子容易团聚，Ti3C2Tx纳米片本身有容易氧化的缺点，本专利技术直接利用Ti3C2T
x
纳米片作为产生TiO2的原料，且属于原位生成，TiO2不易团聚。2、纳米材料用于光催化时直接分散在水中，使用结束后不易回收。本专利技术将异质结材料整合为复合膜，在催化后不会对水体造成二次污染，而且可以同时实现过滤和催化降解。
[0004]超润湿性分离膜污染后通过溶剂清洗可去除表面污染物，然而这种溶剂清洗过程会造成二次污染。除此之外，该方法只能去除膜表面沉积的污染物，无法去除膜内部孔隙中堵塞的分子，因此通量回收率不高。
[0005]将光催化技术与膜分离技术耦合被认为是解决膜污染问题的有效途径之一。有研究表明MXene(Ti3C2T
X
)纳米片边缘具有热力学上亚稳定的过渡金属Ti原子，通过高温定向诱导可形成Ti3C2T
X
@TiO2异质结构。但TiO2禁带宽度较宽，对太阳光的吸收仅限于紫外波段，能量利用率不足。此外，其光生载流子迁移过程容易发生电子
‑
空穴对复合，光催化效率低。本专利技术旨在充分利用MXene的自氧化特性开发一种高性能分离膜，来实现MXene基分离膜超快渗透率和太阳光驱动的自清洁过程。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种具有光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的制备方法，通过将光催化技术与膜分离技术耦合。有研究表明MXene(Ti3C2T
X
)纳米片边缘具有热力学上亚稳定的过渡金属Ti原子，通过高温定向诱导可形成Ti3C2T
X
@TiO2异质结构。但TiO2禁带宽度较宽，对太阳光的吸收仅限于紫外波段，能量利用率不足。此外，其光生载流子迁移过程容易发生电子
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空穴对复合，光催化效率低。本专利技术旨在充分利用MXene的自氧化特性开发一种高性能分离膜，来实现MXene基分离膜超快渗透率和太阳光驱动的自清洁过程。
[0007]具体方案为：
[0008]一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的制备方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成：
[0009](1)将三聚氰胺和亚磷酸溶液混合，进行溶剂热反应，获得第一步产物；第一步产物与甘油和乙醇混合回流后干燥得到第二步产物；最终将第二步产物煅烧得到氮化碳纳米片；
[0010](2)钛碳化铝粉末加入盐酸和氟化锂的混合溶液中，进行腐蚀反应，反应后得到的产物洗涤，干燥，得到MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片；
[0011](3)将氮化碳纳米片与MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片以预定质量比混合加入乙醇和水的混合溶液中，得到悬浮液，将悬浮液密封到容器中进行溶剂热反应，得到的反应物沉淀洗涤后冷冻干燥，得到Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料；
[0012](4)异质结分离膜采用真空辅助自组装的方式构筑，具体操作如下：将Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料分散于去离子水中，超声处理，随后真空过滤得到异质结分离膜。
[0013]进一步的，步骤(1)中，将1.0g三聚氰胺和1.2g亚磷酸溶液混合，80℃下搅拌1h，随后进行溶剂热反应10h，获得第一步产物；0.6g第一步产物与5ml甘油和15ml乙醇混合回流3h后干燥得到第二步产物；最终将第二步产物500℃下煅烧2h得到氮化碳纳米片。
[0014]进一步的，步骤2)中，钛碳化铝粉末加入盐酸和氟化锂的混合溶液中，其中盐酸的浓度为9mol/L，其中盐酸和氟化锂的体积质量比为20ml：1.6g，在45℃下反应36h；反应后得到的产物加水离心洗涤多次后，在高转数离心下去除沉淀物，悬浮液冷冻干燥，得到MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片。
[0015]进一步的，步骤3)中，将氮化碳纳米片与MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片质量比1:0.5
‑
1:1.5混合加入乙醇和水的体积比为1:1的溶液中，超声使其均匀共混得到悬浮液，将悬浮液转移到100ml聚四氟乙烯反应釜内胆中进行溶剂热反应，溶剂热温度为160℃，反应时间为12h；得到的反应物沉淀洗涤后冷冻干燥，得到Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料。
[0016]进一步的，步骤4)中，将Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料分散于去离子水中，超声处理4h。随后在0.4bar压力下真空过滤得到异质结分离膜。
[0017]进一步的，一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜，其采用所述的制备方法制备得到。
[0018]进一步的，一种所述的光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的使用方法，使用分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光驱动自清洁的Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结分离膜的制备方法，其特征在于，所述方法由以下步骤组成：(1)将三聚氰胺和亚磷酸溶液混合，进行溶剂热反应，获得第一步产物；第一步产物与甘油和乙醇混合回流后干燥得到第二步产物；最终将第二步产物煅烧得到氮化碳纳米片；(2)钛碳化铝粉末加入盐酸和氟化锂的混合溶液中，进行腐蚀反应，反应后得到的产物洗涤，干燥，得到MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片；(3)将氮化碳纳米片与MXene碳化钛(Ti3C2T
X
)纳米片以预定质量比混合加入乙醇和水的混合溶液中，得到悬浮液，将悬浮液密封到容器中进行溶剂热反应，得到的反应物沉淀洗涤后冷冻干燥，得到Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料；(4)异质结分离膜采用真空辅助自组装的方式构筑，具体操作如下：将Ti3C2@TiO2‑
C3N4异质结材料分散于去离子水中，超声处理，随后真空过滤得到异质结分离膜。2.如上述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，将1.0g三聚氰胺和1.2g亚磷酸溶液混合，80℃下搅拌1h，随后进行溶剂热反应10h，获得第一步产物；0.6g第一步产物与5ml甘油和15ml乙醇混合回流3h后干燥得到第二步产物；最终将第二步产物500℃下煅烧2h得到氮化碳纳米片。3.如上述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，钛碳化铝粉末加入盐酸和氟化锂的混合溶液中，其中盐酸的浓度为9mol/L，其中盐酸和氟化锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜录科，冯阳阳，骆春佳，陈涛，陈需帅，晁敏，陈曦，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：