基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜的制备方法及其原位自芬顿应用技术

本发明专利技术属于材料制备及环境污染治理的技术领域，提供了一种基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜(即K/O

【技术实现步骤摘要】
基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜的制备方法及其原位自芬顿应用


[0001]本专利技术属于材料制备及环境污染治理的
，涉及一种基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜的制备方法及其应用，具体为将所述的基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜(即K/O
‑
PCN双层催化膜)用作原位芬顿降解水中污染物。

技术介绍

[0002]近年来，工业化和城市化迅速发展，产生大量含有难降解有机污染物的废水，该水体对生态系统和人体健康造成严重威胁，因此迫切需要一种低成本且高效的解决方案。在目前众多处理方法中，芬顿氧化法具有低成本、强氧化性、高可靠性等优点，能满足高效处理难降解有机废水的工业要求，但需要额外添加化学氧化剂(如H2O2)，增加了运输过程的复杂以及额外的成本。
[0003]将芬顿氧化法与光催化技术耦合，能够实现光自芬顿催化体系。该体系能够利用光催化材料的光还原半反应，将空气中的氧气还原为H2O2，同时光生电子可以迅速转移至Fe
3+
并将其还原为Fe
2+
，促进Fe
2+
活化原位生成的H2O2产生大量的
·
OH。此外，光生空穴也能够有效参与污染物去除。该体系避免了H2O2的额外添加，同时大幅提升了污染物的氧化去除能力，比单一高级氧化技术更为优异。尽管如此，光自芬顿体系目前仍然存在一些问题，如：1、光催化材料吸附氧气效率不高，且电子空穴易复合，导致自产H2O2的效率低；2、反应结束后，催化剂及其他降解产物与溶液难以有效分离，操作过程复杂。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术首先利用盐辅助热缩和方法，构建了K/O
‑
PCN催化剂。该催化剂不仅引入了钾离子，可以有效吸附氧气，而且其中丰富的氧掺杂作为活性位点，抑制电子空穴复合，加速H2O2产生效率，实现了光自芬顿体系，从而提高有机污染物的降解。其次本专利技术利用静电纺丝技术技术，将上述催化剂固定在纤维膜上，制备了K/O
‑
PCN双层催化膜，这种膜材料能有效地将催化剂及其他降解产物从水中分离，使后续操作更加简便。
[0005]步骤1、制备K/O
‑
PCN催化剂：
[0006]取三聚氰胺和氯化钾，加入一定量的无水硫代硫酸钠，常温下充分研磨后放置于瓷坩埚中，用马弗炉煅烧，所得黄色产物经热水洗涤烘干后，再次研磨并用热水洗涤，经过滤烘干后产物为K/O
‑
PCN催化剂，备用；
[0007]步骤2、制备K/O
‑
PCN双层催化膜：
[0008]取步骤1所得的K/O
‑
PCN催化剂加入到DMSO中，超声分散，然后加入壳聚糖，机械搅拌得到均匀铸膜液，用抽真空的方法脱去搅拌产生的气泡；
[0009]所制备的膜均采用静电纺丝工艺制备，将铸膜液装入安装在注射泵上的注射器中，使注射器针尖与收集器保持一定的距离并将电压施加到注射器针头上；调节铸膜液流
速后，将电纺纤维沉积到玻璃上，得到的复合膜用乙醇和蒸馏水多次洗涤干燥；随后将所述的复合膜浸入六亚甲基四胺的水溶液中，取出经洗涤干燥后再浸入均苯三甲酰氯的有机溶液中，最后进行热处理，得到的样品为K/O
‑
PCN双层催化膜，即基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜；将膜室温储存于去离子水中，备用。
[0010]步骤1中，所述三聚氰胺、氯化钾、无水硫代硫酸钠的质量比为3：3：0.8；所述煅烧时间为4～6h，煅烧温度为500～600℃，升温速率为5～10℃/min；所述热水温度为60～70℃，烘干的温度为60～80℃，烘干时间为8～12h。
[0011]步骤2中，制备K/O
‑
PCN双层催化膜时，所述K/O
‑
PCN催化剂与DMSO的质量比为0.1～0.4g：17.9～17.6g；
[0012]步骤2中，所述铸膜液中，壳聚糖的质量分数为铸膜液的5～20％，机械搅拌的时间为4～6h，搅拌温度为50～60℃；所述装入注射器的铸膜液10mL，针尖与收集器保持18～22cm的距离，电压为10～14kv；所述铸膜液流速为0.6～1.0mL
·
h
‑1；
[0013]步骤2中，六亚甲基四胺的水溶液中，六亚甲基四胺的质量百分浓度为1～8％；均苯三甲酰氯的有机溶液中，均苯三甲酰氯的质量百分浓度为0.05～1％；浸入两种溶液的时间均为5～20s，热处理温度为20～45℃，热处理时间为1～2h。
[0014]上述的技术方案中所述的DMSO，其作用为溶剂，溶解壳聚糖以制备铸膜液。
[0015]上述的技术方案中所述的壳聚糖，其作用为基质。
[0016]上述的技术方案中所述的去离子水，其作用为非溶剂。
[0017]将本专利技术制备的基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜用作原位芬顿降解水中抗生素的用途。
[0018]本专利技术的技术优点：
[0019](1)制备的K/O
‑
PCN催化剂不仅引入了钾离子，能有效吸附氧气，而且其中丰富的氧掺杂作为活性位点，阻止电子空穴的复合，提高了光催化效率，加速H2O2产生效率，可用于后期的原位芬顿以降解污染，改善了自芬顿过程需要额外添加化学氧化剂的缺点。
[0020](2)制得的双层膜兼具了内外层的优点，内层固定了上述催化剂，后续发生的芬顿反应能够产生大量
·
OH，从而达到良好的降解效果；外层有较小的孔径，不仅能有效分离溶液与催化剂及其他降解产物，而且本身就在一定程度上过滤了大部分污染物质，净化了水体。
附图说明
[0021]图1为K/O
‑
PCN双层催化膜示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。
[0023]本专利技术以铸膜液总质量为20g为例。
[0024]实施例1：
[0025](1)制备K/O
‑
PCN催化剂：
[0026]取3g三聚氰胺、3g氯化钾和0.8g无水硫代硫酸钠常温研磨，充分研磨后放置于瓷坩埚中，用马弗炉煅烧4h，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，所得黄色产物经热水洗
涤烘干后，再次研磨并用60℃热水洗涤，经过滤烘干后得到产物，所述干燥的温度为70℃，干燥时间为12h，产物为K/O
‑
PCN催化剂；
[0027](2)制备K/O
‑
PCN双层催化膜：
[0028]取0.1g K/O
‑
PCN催化剂加入到17.9g DMSO中，超声分散1h，然后加入2g壳聚糖，在50℃条件下机械搅拌4h得到均匀铸膜液，用抽真空的方法脱去搅拌产生的气泡；所制备的膜均采用静电纺丝工艺制备，将10mL铸膜液装入安装在注射泵上的注射器中，使注射器针尖与收集器保持20cm的距离并将12.5kv电压施加到注射器针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、制备K/O
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PCN催化剂：取三聚氰胺和氯化钾，加入一定量的无水硫代硫酸钠，常温下充分研磨后放置于瓷坩埚中，用马弗炉煅烧，所得黄色产物经热水洗涤烘干后，再次研磨并用热水洗涤，经过滤烘干后产物为K/O
‑
PCN催化剂，备用；步骤2、制备K/O
‑
PCN双层催化膜：取步骤1所得的K/O
‑
PCN催化剂加入到DMSO中，超声分散，然后加入壳聚糖，机械搅拌得到均匀铸膜液，用抽真空的方法脱去搅拌产生的气泡；所制备的膜均采用静电纺丝工艺制备，将铸膜液装入安装在注射泵上的注射器中，使注射器针尖与收集器保持一定的距离并将电压施加到注射器针头上；调节铸膜液流速后，将电纺纤维沉积到玻璃上，得到的复合膜用乙醇和蒸馏水多次洗涤干燥；随后将所述的复合膜浸入六亚甲基四胺的水溶液中，取出经洗涤干燥后再浸入均苯三甲酰氯的有机溶液中，最后进行热处理，得到的样品为K/O
‑
PCN双层催化膜，即基于双位点氮化碳的微滤/纳滤双层催化膜；将膜室温储存于去离子水中，备用。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述三聚氰胺、氯化钾与无水硫代硫酸钠的质量比为3：3：0.8。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学东，厉娜，李彬榕，王晨，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：