一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法技术

本发明专利技术提出一种一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，以钛酸四丁酯为钛源，采用水热法制备二氧化钛纳米单晶，并以此为膜骨料，采用膜浇铸法制备一体型多孔电化学分离膜。制备方法简单，成本低，方法灵活可控，易于掌控。掌控。掌控。

【技术实现步骤摘要】
一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及多功能膜分离
，具体涉及一种一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法。

技术介绍

[0002]膜分离技术由于其操作简单、能耗低、出水水质稳定、成本低、生态足迹小等优点而广泛应用于各种水和废水处理领域中，如脱盐、油水分离、消毒等。微滤和超滤等低压膜分离技术具有高渗透性、低操作压力、稳定的病原体去除效果，是目前膜分离领域的主要技术。但是，传统的微滤和超滤膜由于其孔径较大而不能去除小分子污染物，这些小分子污染物不仅会沉积吸附在膜表面或膜孔内，造成严重的膜污染；还会透过分离膜进入渗透液中，进而暴露于环境中，对生态环境或人体造成极大的威胁。
[0003]电化学分离膜集成了膜分离技术和电化学高级氧化，在过滤过程中，电化学分离膜发挥分离膜与电极的双重功能，利用电化学反应氧化分解有机污染物，可有效提高分离膜对小分子有机污染物的去除效率，同时减轻膜污染。电化学分离膜的制备方法主要分为三类：膜浇铸，膜修饰和膜集成。其中，采用膜浇铸法制备的电化学分离膜为一体型多孔导电膜，如碳基膜和亚氧化钛膜。一体型多孔导电膜相较于采用膜修饰和膜集成法制备的导电膜具有更高的电活性比表面积，更有利于电化学反应的发生。但是，碳基膜在阳极极化条件下会发生碳材料的氧化，进而导致膜电极的腐蚀和破坏；亚氧化钛膜的制备常需要氢气作为还原剂，这不利于亚氧化钛膜的工业化生产。因此，需要开发新型的可用于制备一体型多孔电化学分离膜的材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，解决现有电化学分离膜存在的制备问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，以钛酸四丁酯为钛源，采用水热法制备二氧化钛纳米单晶，并以此为膜骨料，采用膜浇铸法制备一体型多孔电化学分离膜。
[0006]所述制备方法进一步具体包括：
[0007]第一步，二氧化钛纳米单晶的制备，在室温下将钛酸四丁酯加入氢氟酸水溶液中，转至反应釜，搅拌反应，转入烘箱，进一步反应，反应完成后冷却，离心，获得粉末，反复冲洗，真空干燥，研磨，得到二氧化钛纳米单晶粉末；
[0008]第二步，二氧化钛基电化学分离膜的制备，将第一步制备的二氧化钛纳米单晶粉末与石蜡油混合，研磨，压片，煅烧，得到二氧化钛基陶瓷膜。
[0009]所述第一步中，钛酸四丁酯和氢氟酸水溶液的体积比为1：1
‑
2：1。
[0010]所述第一步中，在反应釜中的搅拌时间为0.5
‑
1小时。
[0011]所述第一步中，烘箱中的反应温度为150℃
‑
220℃，反应时间18
‑
32h。
[0012]所述第一步中，冲洗分别采用无水乙醇、NaOH溶液和去离子水。
[0013]所述第二步中，压片时采用的压力为6
‑
9bar。
[0014]所述第二步中，煅烧温度为800
‑
1200℃，煅烧时间为4
‑
8小时。
[0015]本专利技术的有益效果
[0016]本专利技术提供的一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法简单，成本低，方法灵活可控，易于掌控；
[0017]本专利技术提供的一体型二氧化钛基电化学分离膜具有较好的电催化氧化能力和渗透性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术涉及到的制备方法制备的一体型二氧化钛基电化学分离膜在外加3V电压时对亚甲基蓝(50mg/L)的去除率；
[0019]图2是本专利技术涉及到的制备方法制备的一体型二氧化钛基电化学分离膜的纯水通量
‑
操作压力关系图。
具体实施方式
[0020]本专利技术以钛酸四丁酯为钛源，采用水热法制备二氧化钛纳米单晶，并以此为膜骨料，采用膜浇铸法制备一体型多孔电化学分离膜。
[0021]本专利技术的技术方案如步骤如下：
[0022]二氧化钛纳米单晶的制备：室温下(10～15℃)，将10～40mL钛酸四丁酯缓慢加入10～20mL质量分数为20～30wt.％的氢氟酸水溶液中，将该混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌0.5～1小时。之后，将浅黄色前驱体转移至烘箱中，于150～220℃下反应18～32小时。反应结束后，冷却至室温，离心收集白色粉末。分别用无水乙醇、0.1M NaOH溶液和去离子水反复冲洗，去除未反应完全的氟离子，然后将离心产物转移至真空干燥箱中，于40～80℃下干燥12～24小时。干燥结束后，研磨得到二氧化钛纳米单晶粉末。
[0023]二氧化钛基电化学分离膜的制备：将0.5～1.0g二氧化钛纳米单晶粉末与1～4wt.％的石蜡油混合，石蜡油作为粘结剂。将该二氧化钛粉末与石蜡油的混合物置于玛瑙研钵中研磨30min，使其混合均匀。将该混合物置于直径为1.12cm的模具中，外加6～9bar压力进行压片。将生坯置于管式炉中，充氮气保护，800～1200℃下煅烧4～8小时，得到二氧化钛基陶瓷膜。
[0024]以下采用实施例和附图来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0025]实施例1
[0026]二氧化钛纳米单晶的制备：室温下(10～15℃)，将25mL钛酸四丁酯缓慢加入15mL质量分数为24wt.％的氢氟酸水溶液中，将该混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌0.5小时。之后，将浅黄色前驱体转移至烘箱中，于180℃下反应24小时。反应结束后，冷却至室温，离心收集白色粉末。分别用无水乙醇、0.1M NaOH溶液和去离子水反复冲洗，去除未反应完全的氟离子，然后将离心产物转移至真空干燥箱中，于60℃下干燥18小时。干燥结束后，研磨得到二氧化钛纳米单晶粉末。
[0027]二氧化钛基电化学分离膜的制备：将0.6g二氧化钛纳米单晶粉末与3wt.％的石蜡油混合，石蜡油作为粘结剂。将该二氧化钛粉末与石蜡油的混合物置于玛瑙研钵中研磨30min，使其混合均匀。将该混合物置于直径为1.12cm的模具中，外加7bar压力进行压片。将生坯置于管式炉中，充氮气保护，1050℃下煅烧6小时，得到二氧化钛基陶瓷膜。
[0028]由图1可得，该一体型二氧化钛基电化学分离膜在外加3V电压时对亚甲基蓝具有良好的去除能力，即，该膜具有良好的电催化氧化能力，可用于染料等难降解有机污染物的去除。由图2可得，该一体型二氧化钛基电化学分离膜的纯水通量约为873L m
‑2h
‑1bar
‑1，可知其具有较好的渗透性。且分离膜具有较好的耐压性能，在压力不超过1bar条件下，分离膜不会因机械加压导致膜体变形而造成通量下降。
[0029]所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，其特征在于：以钛酸四丁酯为钛源，采用水热法制备二氧化钛纳米单晶，并以此为膜骨料，采用膜浇铸法制备一体型多孔电化学分离膜。2.如权利要求1所述一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法进一步具体包括，第一步，二氧化钛纳米单晶的制备，在室温下将钛酸四丁酯加入氢氟酸水溶液中，转至反应釜，搅拌反应，转入烘箱，进一步反应，反应完成后冷却，离心，获得粉末，反复冲洗，真空干燥，研磨，得到二氧化钛纳米单晶粉末；第二步，二氧化钛基电化学分离膜的制备，将第一步制备的二氧化钛纳米单晶粉末与石蜡油混合，研磨，压片，煅烧，得到二氧化钛基陶瓷膜。3.如权利要求1或2所述一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，其特征在于：所述第一步中，钛酸四丁酯和氢氟酸水溶液的体积比为1：1
‑
2：1。4.如权利要求1或2所述一体型二氧化钛基电化学分离膜的制备方法，其特征在于：所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子新，黄国和，骆逸飞，姚尧，张鹏，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：