一种二氧化钛金属有机骨架正渗透膜的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供的是一种二氧化钛金属有机骨架(MIL

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛金属有机骨架正渗透膜的制备方法和应用


[0001]本专利技术是一种二氧化钛金属有机骨架正渗透膜的制备方法和应用，属于新材料


技术介绍

[0002]近年来，随着密实型铺装的广泛应用，我国城市道路水径流污染日趋严重，科研人员逐渐重视城市道路水径流对城市生态平衡的负面影响。大气湿沉降和雨水冲刷路面导致了大气中的灰尘粉尘，路面中的各类有机物、SS以及Cu、Zn、Pb等重金属进入道路水径流中，造成了水径流污染。很多城市在对水径流污染进行处理时都是通过建设城市的水体综合工程来进行的，但该方法对城市整个水体的改善并没有达到很好的效果。构建“海绵城市”是立足于我国的水情特征提出的相对综合全面的解决方案。研究表明，金属有机骨架MIL
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101(Cr)具备吸附天然有机物的能力，而在实际生产过程中，超滤工艺主要面临的问题之一正是赋存于地表水中的天然有机物。MIL
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101(Cr)对HA、BSA的优异的吸附性使得MIL
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101(Cr)可以去除地表水中主要造成膜污染的成分，同时可以控制吸附处理的时间。
[0003]超滤是第三代净水工艺的核心工业，其具有出色的净水性能且制水成本较低。但在过滤过程中，被截留的污染物会在膜表面进行累积，对膜孔与膜面产生污染，使过滤通量持续下降，严重制约了制水效率。而正渗透技术是一种新型膜处理技术，尽管在水处理
已有微滤、超滤、纳滤、反渗透膜法等水处理技术，但随着国家经济转型战略的不断推进，“节能减排”、“零排放”等环保要求不断提高，现如今亟需发展能耗更低、水质更优且回收率更高的水处理技术。正渗透是一个低污染、结垢可逆过程，与反渗透污垢层被紧密压实不同，正渗透的污垢层更厚而且松散，可以通过周期渗透反冲洗技术恢复水通量到初始80％～90％，另外，还可以通过增大进料液流速、改变进料液流型等水动力条件来缓解正渗透膜结垢现象。正渗透不同于压力驱动膜过程，不需要高液压来克服高渗透压问题，可在低液压、室温条件下进行操作，同时能高效阻截几乎所有溶质及悬浮物。同时由于正渗透膜材料的亲水性，因而可有效降低膜污染，可应用于反渗透技术难以实现的废水处理中，例如染色废水、垃圾沥出液以及膜生物反应器等。在降低膜污染的同时，可降低膜清洗的费用和化学清洗剂对环境的污染。因此具有能耗低、膜污染小、水回收率高等优点的正渗透技术是新型“零排放”技术的关键技术。
[0004]MIL
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101(Cr)是一种广泛应用于气体分离中的金属有机骨架，作为一种高水稳定性的金属有机骨架，在实际应用中利用MIL
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101(Cr)优异的吸附能力吸附去除路面地表水体中污染物，可以缓解我国城市道路中水径流问题。
[0005]TiO2是新型的无机化工原料，其化学稳定性和化学活性很高，比表面积大，对可见光有很高的透射率，对紫外线有非常强的吸收和屏蔽能力，是一种附加值很高的功能精细无机材料。由于其具有禁带宽度小、光谱响应宽、催化效率高等优势特点，是目前应用最为广泛的光催化材料之一，可通过多种物理或化学方法混合、掺杂以获得多种高性能催化功能材料。低温控制中和水热法制备纳米二氧化钛通过最佳反应条件，反应温度为15℃左右，
反应PH值为7.2，硫酸钛反应液浓度为0.5mol/L，采用低廉的无机钛盐硫酸钛为原料可以制备出纳米二氧化钛，粒径在5～15nm，颗粒均匀，粒度分布窄。
[0006]排水沥青路面，又称透水沥青路面，指压实后空隙率在20％左右，能够在混合料内部形成排水通道的新型沥青混凝土面层，其实质为单一粒径碎石按照嵌挤机理形成骨架
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空隙结构的开级配沥青混合料。排水沥青路面采用大空隙沥青混合料作为表层，将降雨透入到排水功能层，并通过层内将雨水横向排出，从而消除了带来诸多行车不利作用的路表水膜，显著提高雨水天行车的安全性、舒适性。排水沥青路面通常使用改性沥青，排水功能层厚度在4～5cm。由于单层的排水路面上的空隙容易被灰尘和碎石堵塞，导致其使用性能急剧下降，且单层排水路面的使用寿命相较于传统的密级配沥青路面使用寿命较短，为了解决这些问题，近年来提出双层排水降噪沥青路面这个新技术。
[0007]双层排水降噪沥青路面是由两层排水路面组成，是一种复合结构，上层采用厚度为3cm左右的细粒径空隙骨架结构层，下层采用厚度为5cm左右较粗的空隙骨架结构层。双层排水降噪沥青路面的集料粒径是随着层位变化而改变的，一般在底层使用粒径约11～20mm的集料，上层使用粒径约4～8mm的集料。双层排水降噪沥青路面采用大空隙沥青混合料作表层，将降雨透入到排水功能层，并通过层内将雨水横向排出，从而消除了带来诸多行车不利作用的路表水膜，显著提高雨天行车的安全性、舒适性；同时，由于排水沥青路面的多孔特征可以大幅降低交通噪音，也被称为双层排水降噪沥青路面。经研究，轮胎在路面上滚动后产生的负压对路面有很好的清洗作用，且在大雨的情况下非常有效。因此尽管双层排水降噪沥青路面的空隙容易被粘土、灰尘、路面脱落的集料和轮胎上碎屑堵塞，但由于其表面形成的正渗透膜是一个低污染、结垢可逆膜，可以通过周期渗透反冲洗技术恢复水通量到初始80％～90％，另外，通过增大进料液流速、改变进料液流型如湍流等水动力条件来缓解正渗透膜结垢现象，从而达到双层排水降噪沥青路面自净化的效果。
[0008]当前在城市化发展的过程中，城市水径流污染已经成为阻碍城市发展的一个重要因素，城市道路水径流对城市生态平衡也产生重大影响，所以需要更多的手段来有效预防城市道路水径流污染。面对广泛存在的沥青路面水径流污染物的问题，目前采用的透水沥青路面多有较高的施工要求，因此改性后的双层排水降噪沥青路面是一种全新的路面结构。目前沥青路面水径流污染物的问题非常广泛，现有方法难以有效预防城市道路水径流污染。我国“海绵城市”建设的技术路线包括“渗、滞、蓄、净、用、排”。由于城市下垫面过硬，到处都是水泥，改变了原有自然生态本底和水文特征，因此要加强自然的渗透，把渗透放在第一位。改造后的双层排水降噪沥青路面可以实现这一功能。
[0009]本专利技术利用新型金属有机框架材料MIL
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101(Cr)和新型无机化工原料TiO2通过低温控制中和水热法获得的高性能催化功能材料二氧化钛金属有机骨架(MIL
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101(Cr)/TiO2)，设计一种将MIL
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101(Cr)/TiO2覆盖于双层排水降噪沥青路面表面形成地表水正渗透膜，利用MIL
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101(Cr)/TiO2作为正渗透过程的预处理材料，改善道路水径流水质，同时利用双层排水降噪沥青路面道路自身组成部分的多孔结构和渗透特性，实现路面径流的自净化。

技术实现思路

[0010]技术问题
本专利技术目的是通过低温控制中和水热法获得的高性能催化功能材料MIL
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101(Cr)/TiO2以达到自净化沥青路面的方法，该方法针对MIL
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101(Cr)优异的吸附能力吸附去除路面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛金属有机骨架正渗透膜的制备方法和应用，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)将二氧化钛(TiO2)样品加入0.5mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液中，经超声搅拌、洗涤后烘干，将干燥粉末加入1mL钛酸四丁酯后再加入到40mL乙醇中搅拌30分钟，然后在65℃下真空干燥8小时，研磨后得到预处理后的TiO2；(2)称取摩尔比为1∶1的5mmol Cr(NO3)
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9H2O和5mmol的苯二甲酸溶解在25mL去离子水中，搅拌溶解后加入0.458mL四甲基氢氧化铵，混合搅拌30分钟，然后分别称取0mg、200mg、400mg和800mg的TiO2加入上述混合溶液里，磁力搅拌1小时，然后将混合物转移到聚四氟乙烯内胆高压反应釜中，180℃下加热24小时，降至室温后，依次用110℃的N
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二甲基酰胺(DMF)、60℃的无水乙醇和80℃的去离子水回流纯化产物，100℃下真空干燥18～24小时后，分别获得MIL
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101(Cr)、MIL
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101(Cr)/TiO2(200)、MIL
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101(Cr)/TiO2(400)和MIL
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101(Cr)/TiO2(800)；(3)采用X射线衍射仪分析上述四种MIL
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101(Cr)/TiO2的晶体结构，采用扫描电镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏文静，王瑾卉，滕文杰，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：