导电Janus膜及其制备方法和在电场辅助膜蒸馏处理含表面活性剂盐水的应用技术

本发明专利技术提供了导电Janus膜及其制备方法和在电场辅助膜蒸馏处理含表面活性剂盐水的应用；通过交联剂将改性材料Zr

【技术实现步骤摘要】
导电Janus膜及其制备方法和在电场辅助膜蒸馏处理含表面活性剂盐水的应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种由UiO
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NH2、GO和纳米银的复合材料制备的新型Janus膜及其制备方法和在电场辅助膜蒸馏处理含高浓度表面活性剂盐水中的应用。

技术介绍

[0002]膜蒸馏(MD)作为一种新兴的水处理工艺，因为它能够使用清洁、低品位的热能，而且脱盐率高(理论上可达100％)而受到广泛关注。
[0003]表面活性剂是化妆品、制药、食品、石油和天然气行业废水中最常见的污染物之一。表面活性剂的存在会降低溶液的表面张力，其疏水尾部会附着在疏水膜上并渗透到膜孔中，暴露出亲水头部，破坏膜的疏水性，降低膜的液体进入压力(LEP)，最后使膜孔亲水化，导致膜的不可逆润湿。因此，最近MD的研究集中在利用新材料对膜表面进行改性，以延缓膜的润湿现象。
[0004]氧化石墨烯(GO)由于其结构中含有大量的含氧官能团而表现出各种有吸引力的特性，如优良的机械稳定性、二维结构、带负电荷的表面、与聚合物的良好混溶性和亲水性。它已被证明是一种高效的防污材料，并可作为一种良好的改性剂在MD中使用。然而，当具有二维分层结构的氧化石墨烯被用作唯一的改性材料时，氧化石墨烯纳米片之间往往形成较窄的层间距，导致纯水的通量降低。
[0005]在各种MOFs中，UiO
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NH2由于建立在对苯二甲酸锆框架上，形成了强大的Zr
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O配位键，在化学、水和热条件下有助于提高稳定性，被认为是提高GO层间距的理想材料。但是，仅靠膜表面涂层能短时间内提高膜的抗润湿效果，无法做到长效运行。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种导电Janus膜及其制备方法，通过交联剂将改性材料Zr
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MOF(UiO
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NH2)、氧化石墨烯(GO)和纳米银固定在聚四氟乙烯(PTFE)疏水基膜上，从而制备出抗膜润湿的新型GO/UiO
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NH2/Silver Janus薄膜，简称GUS Janus膜或Janus膜。
[0007]本专利技术还有一个目的在于提供导电Janus膜在电场辅助膜蒸馏处理含表面活性剂盐水的应用，疏水膜具有良好的抗润湿性，通过施加外部电压，提高膜的静电斥力，在长期内也更容易保持稳定的性能，应用于处理含高浓度表面活性剂的废水中。
[0008]本专利技术具体技术方案如下：
[0009]一种导电Janus膜的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)制备Zr
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MOF材料；
[0011]2)制备导电Janus膜：称取Zr
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MOF材料，在无水乙醇中进行超声分散混匀，混匀后加入聚多巴胺溶液，搅拌后加入氧化石墨烯溶液和聚乙烯醇溶液超声处理，最后加入纳米
银溶液，超声搅拌后，将混合溶液加入固定PTFE膜的真空抽滤装置，进行真空抽滤，干燥后得到导电GO/UiO
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NH2/Silver Janus薄膜，以下简称为导电GUS Janus膜或导电Janus膜。
[0012]步骤1)中所述Zr
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MOF材料优选为UiO
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NH2；
[0013]步骤1)具体为：将氨基功能化的有机配体、锆盐和有机酸混合在溶剂中，加热反应，制备得到UiO
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NH2。
[0014]所述氨基功能化的有机配体、锆盐和有机酸的摩尔比为1:1:100；
[0015]所述氨基功能化的有机配体在溶剂中浓度为0.02M；
[0016]所述氨基功能化的有机配体选自2
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氨基对苯二甲酸；
[0017]所述锆盐选自氯化锆；
[0018]所述有机酸选自冰醋酸；
[0019]所述溶剂选自N,N
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二甲基甲酰胺。
[0020]所述加热反应的条件为：120℃下反应24h；
[0021]步骤1)中，加热反应后，得到的粗产物用N,N
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二甲基甲酰胺和乙醇洗涤后收集并在70℃下真空干燥12h。
[0022]步骤2)中，所述Zr
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MOF材料、氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯和纳米银溶液中的纳米银的质量比为：1：1：2；
[0023]所述Zr
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MOF材料和聚多巴胺溶液的用量比为：0.025
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0.05:1mg/mL；
[0024]所述Zr
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MOF材料和聚乙烯醇溶液的用量比为：0.025
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0.05：0.5mg/mL；
[0025]所述聚多巴胺溶液的浓度为1g/L，其制备方法为：多巴胺和Tris溶液溶于去离子水，混匀得到。
[0026]所述氧化石墨烯溶液浓度为0.1g/L，为购买的氧化石墨烯溶液；
[0027]所述聚乙烯醇溶液浓度为0.1g/L，制备方法为：将聚乙烯醇固体称取所需量，加入纯水，95
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98℃搅拌加热，使固体融化，形成聚乙烯醇溶液；
[0028]所述纳米银溶液浓度为5mg/mL，为购买的纳米银溶液；
[0029]步骤2)中所述超声分散混匀是指超声分散15min；
[0030]所述超声处理是指超声处理15min；
[0031]所述干燥是指室温条件下干燥2h；
[0032]步骤2)中真空抽滤是以PTFE膜为抽滤的滤纸，混合液中液体通过滤膜被抽滤掉，混合液中物质负载在PTFE膜上，实现对其改性。
[0033]本专利技术提供的一种导电Janus膜，采用上述方法制备得到。
[0034]本专利技术提供的导电Janus膜在电场辅助膜蒸馏处理含表面活性剂盐水的应用，具体应用方法为：
[0035]采用直接接触膜蒸馏装置，配备直流电源，通过钛片作为导体，将导电Janus膜作为电源负极，处理含表面活性剂盐水。
[0036]所述含表面活性剂盐水为含氯化钠1M和十二烷基硫酸钠1mM的盐水。
[0037]所述导电Janus膜在运行48h时间后仍能保持99.9％的脱盐率，使渗透侧电导率在15.0μS/cm以下，并且渗透通量保持在21.2L/(m2·
h)。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的技术方案带来的有益技术效果为：本专利技术设计对疏水
膜改性的材料使用量非常少，仅为0.05mg/cm2，大大减少了材料的投入。本专利技术提供的导电GUS Janus膜可以表现极佳的抗润湿性，可以作为潜在的改性方式，应用于含高浓度表面活性剂的废水中。本专利技术制备的新型导电Janus膜和电场辅助膜蒸馏工艺可以成为一种非常有前途的替代MD工艺的含表面活性剂废水的资源化处理方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电Janus膜的制备方法，其特征在于，所述导电Janus膜的制备方法包括以下步骤：1)制备Zr
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MOF材料；2)制备导电Janus膜：称取Zr
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MOF材料，在无水乙醇中进行超声分散混匀，混匀后加入聚多巴胺溶液，搅拌后加入氧化石墨烯溶液和聚乙烯醇溶液超声处理，最后加入纳米银溶液，超声搅拌后，将混合溶液加入固定PTFE膜的真空抽滤装置，进行真空抽滤，干燥后得到导电Janus薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：将氨基功能化的有机配体、锆盐和有机酸混合在溶剂中，加热反应，制备得到Zr
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MOF材料材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氨基功能化的有机配体、锆盐和有机酸的摩尔比为1:1:100。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应条件下为：120℃下24h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，步骤2)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，曹雏清，李方清，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：