一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法及其应用技术

本申请公开了一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法及其应用，将二维层状金属氢氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法及其应用


[0001]本申请涉及自清洁纳滤膜
，特别是涉及一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]自
21
世纪以来，随着经济科技水平的发展，药品及个人护理产品
(PPCPs)
越来越受到人们的关注，因此它们也被广泛释放于城市以及农村的河流地表水当中，甚至渗透到地下水，改变土壤环境，严重影响到地球生态系统以及人类的健康生活
。
尤其现如今抗生素的大量使用，在水体环境的大量残留，造成水生生物的威胁，增强了细菌的耐药性，间接影响人类的生产生活
。
据不完全统计，城市污水处理厂是城市中
PPCPs
的主要来源之一，包括化工生产废水
、
生活废水
、
医药废水
、
医院排放物也是导致水中
PPCPs
浓度上升的主要原因
。
面对现有地球水资源严重短缺的危机，污水废水再生作为水资源可持续循环利用的有效途径
。
因此，从水中快速有效去除
PPCP
等新型污染物有具有重要意义
。
[0003]膜分离技术具有能耗低
、
选择性好
、
适应性强等优点，现在已被广泛用于分离过程，包括海水淡化
、
污水处理
、
纯水制备
、
食品加工以及医药
、
生物r/>、
环保等众多领域
。
二维
(2D)
材料，如氧化石墨烯
(GO)、
金属碳化物
(MXene)、MoS2等，已被大量用于制备膜材料，其中二维
MOF
纳米片被作为制造纳滤膜的新型材料，因为它具有丰富且规则的平面内纳米孔，这是目前先进的石墨烯基膜所不具备的，且
2D MOFs
膜在水
/
离子选择性等方面要优于大多数
2D
膜，可通过调整有机配体来起到改变膜表面电荷，起到对污染物的选择性分离；虽然
2D
结构膜层层堆叠比较特殊，膜层相对较薄，但在选择性能上略有不足，此外
2D MOFs
膜在去除污染物长时间的运行过程，膜污染严重影响膜通量
。
现有二维
MOFs
通常由昂贵配体构筑，且需经过超声剥离，导致产率很低，成本高，难以规模化生产
。
基于此，现迫切需要开发出一种既有高选择性又有较高水通量且可批量化生产的自清洁分离膜
。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：
[0005]本申请需要解决的技术问题是
2D
结构膜选择性能上略有不足，膜污染严重影响膜通量，现有二维
MOFs
通常由昂贵配体构筑，且需经过超声剥离，导致产率很低，成本高，难以规模化生产等问题，提供一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法及其应用，具有高选择性
、
高通量
。
[0006]技术方案：
[0007]一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法，具体工艺条件为：
[0008]第一步：导电基底膜的制备：将有机高分子与致孔剂以质量比
7.54
：1‑3的比例溶于
25
‑
75ml N,N
二甲基甲酰胺
DMF
中，充分搅拌
12
‑
24
小时后加入以有机高分子量计的
50
％的导电石墨粉在
60
‑
70℃
充分搅拌
12
‑
24
小时制得铸膜液；静置
12
‑
24
小时脱泡；铸膜液采用涂膜机在无纺布表面浇铸刮膜，置于去离子水中进行相转化处理，制得
PVDF
导电石墨基底
膜，膜厚度为
200
‑
400
μ
m
；
[0009]第二步，
LDH
的制备：通过将二价硝酸盐
、
三价硝酸盐溶解于
30
‑
60mL
去离子水中制得溶液
A
；再将氢氧化钠
、
碳酸钠溶解于
30
‑
60mL
去离子水中制得溶液
B
；溶液
A
和溶液
B
混合后剧烈搅拌1‑
2h
，转移至不锈钢特氟龙内衬的高压釜中共沉淀并
80
‑
120℃
加热水热反应
24
‑
48h
，冷却后用去离子水和乙醇充分洗涤，所得对应金属的
LDH
固体再在
60
‑
70℃
的真空中干燥
12
‑
18h
制得
LDH
纳米片；二价硝酸盐
、
三价硝酸盐
、
氢氧化钠和碳酸钠摩尔比为
(1
‑
2):(1
‑
2):6.4:2.66
；
[0010]第三步，
LDH
膜的制备：通过将
LDH
纳米片悬浮于乙醇溶液中，超声
30
‑
60min
充分分散均匀，使用超滤杯真空抽滤于
PVDF
导电石墨基底膜上，再在
30
‑
50℃
下干燥6‑
12h
制得
LDH
膜；
[0011]第四步，
2D MOFs
膜的制备：通过将
LDH
膜置于含有有机配体的无水乙醇溶液中，在
120
‑
160℃
下水热反应在膜上原位转化
24
‑
48h
制得
2D MOFs
膜，冷却后将
2D MOFs
膜用乙醇洗涤数次，再将其置于在
60
‑
70℃
的真空中干燥
12
‑
18h
制得利用二维片层结构自清洁膜
。
[0012]作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中有机高分子为聚偏二氟乙烯
PVDF
或聚醚砜
PES。
[0013]作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮
PVP
和
/
或聚乙二醇
PEG。
[0014]作为本申请的一种优选技术方案：所述第二步中二价硝酸盐为硝酸钴
Co(NO3)2·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用二维片层结构自清洁膜的制备方法，其特征在于，具体工艺条件为：第一步，导电基底膜的制备：将有机高分子与致孔剂以质量比
7.54
：1‑3的比例溶于
25
‑
75ml N,N
二甲基甲酰胺
DMF
中，充分搅拌
12
‑
24
小时后加入以有机高分子量计的
50
％的导电石墨粉在
60
‑
70℃
充分搅拌
12
‑
24
小时制得铸膜液；静置
12
‑
24
小时脱泡；铸膜液采用涂膜机在无纺布表面浇铸刮膜，置于去离子水中进行相转化处理，制得
PVDF
导电石墨基底膜，膜厚度为
200
‑
400
μ
m
；第二步，
LDH
的制备：通过将二价硝酸盐
、
三价硝酸盐溶解于
30
‑
60mL
去离子水中制得溶液
A
；再将氢氧化钠
、
碳酸钠溶解于
30
‑
60mL
去离子水中制得溶液
B
；溶液
A
和溶液
B
混合后剧烈搅拌1‑
2h
，转移至不锈钢特氟龙内衬的高压釜中共沉淀并
80
‑
120℃
加热水热反应
24
‑
48h
，冷却后用去离子水和乙醇充分洗涤，所得对应金属的
LDH
固体再在
60
‑
70℃
的真空中干燥
12
‑
18h
制得
LDH
纳米片；二价硝酸盐
、
三价硝酸盐
、
氢氧化钠和碳酸钠摩尔比为
(1
‑
2):(1
‑
2):6.4:2.66
；第三步，
LDH
膜的制备：通过将
LDH
纳米片悬浮于乙醇溶液中，超声
30
‑
60min
充分分散均匀，使用超滤杯真空抽滤于
PVDF
导电石墨基底膜上，再在
30
‑
50℃
下干燥6‑
12h
制得
LDH
膜；第四步，
2D MOFs
膜的制备：通过将
LDH
膜置于含有有机配体的无水乙醇溶液中，在
120
‑
160℃
下水热反应在膜上原位转化
24
‑
48h
制得
2D MOFs
膜，冷却后将
2D MOF...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹中龙，胡泽彬，杨维本，郭福悦，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：