引入亲水性大分子的复合二维层流膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种引入亲水性大分子的复合二维层流膜及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
引入亲水性大分子的复合二维层流膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料制备领域，尤其涉及一种引入亲水性大分子的复合二维层流膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]自人类进入工业时代以来，人口不断增加以及经济高速发展，与之同时，对能源的需求越发剧增
。
如今应用范围最为广泛的能源
‑
石油的储量却是有限的，而且其大量使用会对地球的生态环境造成严重
。
核能作为一种高能量密度的新型绿色能源，能给人们提供了大量的无碳电力，然而核反应堆的运行会带来大量携带放射性物质的核废水，尤其是富含氢同位素的氚化废水，对人类和环境带来持久的危害
。
因此，对核废水的处理以及对放射性物质的回收是保证核能源可持续发展的关键
。
[0003]氢同位素相近的理化性质给分离工作带来极大的麻烦，为此，人们提出各种工艺去实现对核废水的高效处理，例如：低温精馏法
、
硫化氢交换法
、
电解池法以及色谱分离法
。
其中膜分离技术以较低的能耗，精确的选择性和简单的操作方式等优点，从众多的分离方法中脱颖而出，在核废水处理方面表现出巨大的应用潜力
。
[0004]由二维材料制备得到的二维层流膜可实现水分子的快速转移，不仅具备着优异的分子筛分能力和渗透性能，还拥有极好的机械稳定性，因此二维层流膜能够适应各种复杂的水体环境，进而成为探索新型核废水处理膜材料的首选
。
二维纳米片在多孔基底上有序地堆叠，使二维层流膜形成了稳定的层间传质，纳米片独特的横向尺寸与厚度比赋予了二维层流膜极低的传输阻力以及极高的渗透通量，纳米级别的通道尺寸可以将溶液中的大分子污染物精确地截留在二维层流膜表面，同时通过“量子筛分效应”实现对氢同位素的高效筛分
。
二维层流膜的层间结构决定了渗透通量和选择性能，因此可以通过引入各种纳米材料，来实现对层间通道的精确调整，制备高性能的核污水处理材料
。
[0005]公开号为
CN 112588115 A
的中国专利公开了一种纺锤状
MXene
‑
碳纳米管二维膜及其制备方法与应用
。
该二维纳滤膜是以
MXene
片层为膜骨架，以碳纳米管为膜孔道调控材料，通过复合组装过程，在多孔聚合物支撑层上堆叠而成
。
制备好的纳滤膜放置在去离子水中保存待用
。
本专利技术方法可以有效的构造纺锤形孔道结构
。
本专利技术所制备的纳滤膜具有超高水通量及小分子有机染料截留率，稳定性强，机械强度高
。
本专利技术制备方法简单易行
、
可控性强
、
生产成本较低且无污染，具有很大的应用前景
。
[0006]公开号为
CN 113648850 A
的中国专利公开了一种具有高通量和高去除率
MXene/
还原多孔氧化石墨烯
(r
‑
HGO)
复合膜的制备方法，属于环保水处理领域
。
本专利技术将氧化石墨烯
(GO)
蚀刻并还原为还原多孔氧化石墨烯
(r
‑
HGO)
，将
Ti3AlC2刻蚀并剥离成
MXene
，通过真空辅助过滤
(VAF)
方法将这两种二维材料复合负载到
0.22
μ
m
的微滤膜表面
。
本专利技术制备的
MXene/r
‑
HGO
复合膜通过尺寸选择效应和静电作用截留和吸附水中的染料污染物，通过调整两种材料的掺杂比例，实现在高通量下具有较高的染料截留效果并且随着
r
‑
HGO
掺杂比例的增多，染料截留效果明显提升
。
本专利技术方法简单易操作且易于规模化使用，利于推广
。
[0007]公开号为
CN 110124529 A
的中国专利提供了一种氧化石墨烯
/MXene
复合膜的制备方法及应用，将氧化石墨烯溶液和
MXene
溶液成比例混合成混合溶液，超声
、
倒入放置有微滤膜的抽滤瓶中，通过真空过滤的方法将这两种二维材料复合负载到微滤膜表面，即得复合膜
。
本专利技术制备的氧化石墨烯
(GO)/MXene
复合膜的纯水通量远大于纯氧化石墨烯膜的通量，随着
MXene
掺杂比例的增多，通量呈递增趋势；且对于水中的小分子染料的去除率高达
99.5
％以上；方法简单易操作且易于规模化使用，利于推广
。
[0008]公开号为
CN 109553103 A
的中国专利，公开了一种二维自交联
MXene
膜及其制备方法
。
方法：
1)
将锂盐与酸溶液混合，加入三维层状
MAX
相原料，搅拌，离心，洗涤，干燥，得到二维层状
MXene
粉末；
2)
将二维层状
MXene
粉末与溶剂混合，超声处理，离心，取上清液，获得含有二维
MXene
纳米片的溶液；
3)
将含有二维
MXene
纳米片的溶液通过纳米自组装技术沉积在多孔滤膜基底上，干燥，即得二维
MXene
膜；
4)
将二维
MXnen
膜进行自交联处理，得到二维自交联
MXene
膜
。
本专利技术的方法简单，所制备的二维自交联
MXene
膜在溶液中的层间距可以保持在小尺寸水合离子尺寸之下，具有稳定有效的层间通道
。
[0009]二维纳米片的均匀分布是二维层流膜形成稳定层间通道的前提，然而在实际情况之中，二维纳米片往往会出现不规则分布，形成空间缺陷，影响膜的性能
。
尽管上述制备方法通过引入各种纳米材料实现了对膜层间结构的调控，但依然存在着以下缺陷：
[0010](1)
层间距问题：嵌入层间通道的材料尺寸过大，不可避免地扩大了层间间距，造成了非选择性缺陷，影响膜对氢同位素等小分子物质的筛分性能；
[0011](2)
稳定性问题：引入物与纳米片之间的界面相互作用力弱，两者并没有形成稳定连接，在水流的横向作用力下，导致层流膜发生“溶胀”现象，降低甚至失去分离效果；
[0012](3)
成本问题：用于改性的纳米材料制备复杂，造价高昂，改性后的膜无法被大量生产，投入到实际应用之中
。

技术实现思路

[0013]为了弥补以上缺陷，本专利技术提供了一种步骤简单
、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种引入亲水性大分子的复合二维层流膜，其特征在于：所述的复合二维层流膜包括沉积在多孔基底上的二维单层纳米片和亲水性大分子，亲水大分子插入到二维单层纳米片之间，负载量为
0.25
～
5g/m2，所述复合二维层流膜的涂层厚度为
0.01
～1μ
m。2.
根据权利要求1所述的引入亲水性大分子的复合二维层流膜，其特征在于：所述的亲水性大分子为葫芦脲
、
茶氨酸
、
单宁酸
、
多巴胺以及茶多酚中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的引入亲水性大分子的复合二维层流膜，其特征在于：所述的多孔基底为聚醚砜滤膜
、
聚丙烯滤膜
、
聚偏氟乙烯滤膜
、
尼龙滤膜
、
水系混合纤维微孔滤膜
、
醋酸纤维素滤膜
、
聚四氟乙烯滤膜中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的引入亲水性大分子的复合二维层流膜，其特征在于：所述二维单层纳米片的原材料为石墨烯
、MXene、
过渡金属硫化物
、
过渡金属硒化物
、
纳米金属氧化物
、
黑磷和氮化硼中的至少一种
。5.
根据权利要求1‑4任一所述的引入亲水性大分子的复合二维层流膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
1)
在0～
18℃
，
pH
＝4～
10
的条件下，将二维材料加入到溶剂中，超声剥离后，在
3500r/min
～
4000r/min
的速度下离心，收集上清液，真空干燥之后得到二维单层纳米片；
2)
在
10
～
60℃
，
pH
＝4～
10
的条件下，将亲水性大分子加入到纯水中并超声，得到亲水性大...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴铭榜，温柔铭，叶昊，胡张挺，姚菊明，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：