MXene/Bi2O3异质结微球、包含其的膜材料、膜材料在含油废水的应用制造技术

本发明专利技术涉及膜材料技术领域，公开了MXene/Bi2O3异质结微球、包含其的膜材料、膜材料在含油废水的应用；MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，Ti3AlC2经蚀刻处理后，经分散得到悬浮液；向悬浮液中加入PMMA，经反应得到MXene微球；MXene微球与铋盐分散于溶剂体系中，经水热反应得到MXene/Bi2O3异质结微球。膜材料的制备方法，包括如下步骤：MXene/Bi2O3异质结微球、单宁酸分散于溶剂中，得到混合物；混合物喷涂至膜表面，得到膜材料。单宁酸与MXene之间的交联和氢键相互作用保证了功能层的物理稳定性和超润湿特性，而3D MXene异质结的排列与传统物理堆叠的2D MXene致密膜相比，有效突破了分离通量的限制。分离通量的限制。分离通量的限制。

【技术实现步骤摘要】
MXene/Bi2O3异质结微球、包含其的膜材料、膜材料在含油废水的应用


[0001]本专利技术涉及膜材料
，具体地说，涉及MXene/Bi2O3异质结微球、包含其的膜材料、膜材料在含油废水的应用。

技术介绍

[0002]如今，石油开采、化工、海上漏油事故产生了大量复杂含油废水，对生态环境与人类健康造成了巨大威胁。例如，油田采出水中含有烷烃、芳烃、酚类、含硫化合物、表面活性剂等多种有机物和无机物。此外，复杂含油废水中还存在硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌、铁细菌等多种微生。因此，开发高效的复杂含油废水处理技术与材料刻不容缓。相较于传统的处理方法，膜分离技术在含油废水处理领域具有巨大的应用前景，其操作简单、能耗低、高分离效率且无二次污染等优点不可忽视。
[0003]但目前采用相分离方法制得的分离膜材料存在着孔隙率低、抗油粘附性能差等缺陷，导致分离通量十分有限(低于1000L
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‑1)。此外，当污水中油浓度达到一定高度时，膜材料容易被油污染而导致分离效率与通量急剧下降，这使得聚合物膜材料在油水分离领域面临严峻挑战。在此背景下，电纺丝聚合物纤维膜，由于其高比表面积、表面吸附能和孔隙率的特点，在油水分离领域表现出独特优势。当前，研究者采用共混、表面接枝和界面聚合等手段来优化电纺纤维膜的孔结构(如孔径分布、孔隙率和孔的连通性)，并改变其表面特性，以提高其过滤效率、水通量和机械性能等。如：
[0004]Lin报道了一种用于水处理的掺杂Bi2O2CO3@MXene的高效二维光催化复合膜，其纯水的渗透率为815.3L
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‑1，对乳化油的保留率超过99％，对染料的去除率超过98％。然而，二维MXene片层的堆叠，不利于高效处理含油废水。
[0005]Yang采用一锅水热法构建了用于自清洁分离膜的BiOBr/Bi2MoO6@MXene三元异质结。该膜具有高透性(1296.91L
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‑1)，对抗生素和染料的去除率高达90％。结果表明，光催化自清洁和超润湿的协同特性可以有效地解决油类和可溶性有机物污染问题。然而，光催化自清洁和超润湿的协同特性可以有效地解决油类和可溶性有机物污染问题。但在实际处理复杂含油废水时，微生物也容易在膜表面吸附和聚集，导致复杂的污染现象。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题：
[0007]用以解决Bi2O2CO3@MXene处理含油废水存在的效果不佳的的问题。
[0008]本专利技术采用的技术方案：
[0009]针对上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种MXene/Bi2O3异质结微球、包含其的膜材料、膜材料在含油废水的应用。
[0010]具体内容如下：
[0011]第一，本专利技术提供了膜材料用MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，
[0012](1)Ti3AlC2经蚀刻处理后，经分散得到悬浮液；向悬浮液中加入PMMA，经反应得到MXene微球；
[0013](2)MXene微球与铋盐分散于溶剂体系中，经水热反应得到MXene/Bi2O3异质结微球。
[0014]第二，本专利技术提供了一种前述提及的制备方法得到的MXene/Bi2O3异质结微球。
[0015]第三，本专利技术通过了一种异质结组装的膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016](a)MXene/Bi2O3异质结微球、单宁酸分散于溶剂中，得到混合物；
[0017](b)混合物喷涂至膜表面，得到膜材料。
[0018]第四，本专利技术提供了一种前述提及的制备方法得到的异质结组装的膜材料。
[0019]第五，本专利技术提供了一种前述提及的异质结组装的膜材料在含油废水的应用。
[0020]本专利技术的技术机理及有益效果：
[0021](1)MXene单层纳米片的超薄层结构具有更多的活性位点和更大的异质结形成的特定区域。这些单层纳米片以PMMA微球为硬模板进一步加工成MXene微球。PMMA和MXene混合后，各自表面丰富的官能团允许自发形成范德华力和氢键，从而获得MXene/PMMA复合微球。由于静电相互作用，MXene表面的负电荷吸附了金属正离子。因此，含氧官能团的MXene非常容易吸引Bi
3+
，为Bi2O3纳米颗粒的原位生长提供了载体。
[0022](2)基于MXene表面丰富的端基(如
‑
OH和
‑
O等)通过氢键包裹，利用模板辅助法制备得到的三维MXene微球，这种微球在催化和能源等领域具有广泛的应用前景。相比于二维片层结构，三维MXene微球的独特优势主要表现在以下两个方面：其一，比表面积更大，可以通过功能化修饰来拓展其应用范围；其二，可以有效地避免MXene片层的堆叠。
[0023]纤维复合膜的通用性(光催化自洁、超低粘油、抗菌)使其具有多重抗污能力，为复杂含油废水的处理提供了独特的优势。
[0024](3)单宁酸与MXene之间的交联和氢键相互作用保证了功能层的物理稳定性和超润湿特性，而3D MXene异质结的排列与传统物理堆叠的2DMXene致密膜相比，有效突破了分离通量的限制。复合膜对各种乳剂的渗透通量达到2717～3328L
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‑1，截留率高达99.59％。可见光照射150分钟后，亚甲基蓝的光催化降解效率达到96.1％。同时，该膜对大肠杆菌的增殖有明显的抑制作用。
附图说明
[0025]图1为实施例1中各中间体的微观结构图；(a)单层MXene纳米片，(b)3D MXene微球，(d)Bi2O3@MXene微球，(e)Ag修饰Bi2O3@MXene异质结复合微球；(c)三维MXene微球元素映射分析.
[0026]图2为实施例1
‑
6制得的复合膜的微观结构图；(a
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f)M
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0、M
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2、M
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4、M
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6、M
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8和M
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10纤维膜表面的SEM图像和数码照片；(g)M
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6膜表面C、O、Ti、Bi、Ag元素的元素分布图。
[0027]图3为实施例16制得的复合膜的润湿性能结果图；(a)不同纤维复合膜的水接触角，(b)水下油接触角，(c)M
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6中不同油在水下的油接触角，(d)M
‑
6与异辛烷在水下的动态附着力。
[0028]图4为实施例16制得的复合膜的油水分离效率结果图；(a)不同膜的乳液分离通量
和保留率，(b)不同油的乳液分离通量和保留率；(c)循环实验中M
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.膜材料用MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，其特征在于，(1)Ti3AlC2经蚀刻处理后，经分散得到悬浮液；向悬浮液中加入PMMA，经反应得到MXene微球；(2)MXene微球与铋盐分散于溶剂体系中，经水热反应得到MXene/Bi2O3异质结微球。2.根据权利要求1所述的膜材料用MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，其特征在于，(1)中，蚀刻处理的操作为，将Ti3AlC2置于蚀刻液中，经30～60℃、18～40h反应得到；和/或，(1)中，蚀刻液为氟化锂溶于盐酸溶液形成的处理液。3.根据权利要求1所述的膜材料用MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，其特征在于，(1)中，Ti3AlC2经与PMMA的质量比为0.2～1.5:1～3。4.根据权利要求1所述的膜材料用MXene/Bi2O3异质结微球的制备方法，其特征在于，(2)中，水热反应的操作为，经分散形成的分散液转移至水热反应釜中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹迎青，陈锡敏，贾鸿珊，祝菲，李银龙，杨旭林，段欣月，余宗学，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：