【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化膜分离，具体涉及一种双通道复合膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、膜分离技术在当代水处理技术中发挥着重要的作用，可广泛应用在工业废水、海水淡化和市政污水中。催化膜技术在氧化体系下，膜的表面及孔道产生活性氧实现催化和膜过滤的双重效应。目前对催化膜的研究较多，如专利cn115869980a提出了一种用于过硫酸盐废水处理体系的单原子催化膜的制备及应用，其在pvdf膜上负载单原子铜活化过硫酸盐，实现了对污染物的同步去除，解决了催化膜利用率低的难题。cn113289657a提出了一种氮掺杂石墨烯催化膜制备方法和应用，其通过在ptfe膜上接枝氮掺杂的氧化石墨烯形成了微纳通道，催化剂活化过硫酸盐并降解污染物，缓解膜污染。
2、上述催化膜在过硫酸盐催化氧化体系下，会产生羟基自由基、单线态氧、超氧自由基来攻击降解水体与膜表面污染物，同时赋予膜材料一定抗污能力，但该体系会产生大量的硫酸盐，会导致水环境的二次污染。因此，有必要开发一种新型抗污复合膜。
3、mxene作为一种新型二维材料，其材料表面具备大量疏水性基团，可以高效抑制水中污染物成核。mxene具有较大层间距能够容纳重金属离子，其层间距约为0.6-1nm，根据层间距的筛分效应，mxene层叠合后形成选择性纳米孔道，可选择性截留低价离子。另外，其表面丰富的基团可与污染物发生静电吸引和配位作用，而且具有良好的热稳定性和工艺稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种fe/pda/mxene-pv
2、本专利技术的具体技术方案如下：
3、一种双通道复合膜，包括多孔微滤基膜和接枝在多孔微滤基膜表面的纳米分离膜层；所述多孔微滤基膜是由掺杂有铁离子的聚多巴胺和pvdf共聚形成的；所述纳米分离膜层是由单层mxene接枝叠合形成的。
4、本专利技术的进一步方案，所述多孔微滤基膜上的膜孔直径为0.1-0.4μm；所述纳米分离膜层上的膜孔直径为1-5nm。
5、本专利技术的进一步方案，所述双通道复合膜的形状为平板状或中空状。
6、本专利技术的第二个专利技术目的是提供一种双通道复合膜的制备方法，其包括以下步骤：
7、（1）制备铸膜液：
8、将多巴胺、pvdf粉末加入溶剂中，搅拌均匀后进行加热熟化，得铸膜液；
9、（2）制备基膜：将铸膜液制成基膜；
10、（3）凝固浴反应：
11、将基膜依次浸入三段由铁盐分散于水中形成的凝固浴中，凝固浴中铁离子通过溶剂-非溶剂相转化进入基膜中，并催化基膜中多巴胺进行聚合生成聚多巴胺；
12、（4）接枝反应：
13、将经步骤（3）处理后的基膜浸渍在单层mxene水凝胶溶液中，引发单层mxene接枝在基膜的表面并堆叠形成纳米分离膜层；经清洗、脱水后即得到双通道复合膜。
14、本专利技术的进一步方案，步骤（1）中，所述溶剂为dmac(二甲基乙酰胺)、dmf(二甲基甲酰胺)或nmp(n-甲基吡咯烷酮)；
15、所述铸膜液中多巴胺的质量浓度为1-3%，pvdf粉末的质量百分比为16-20%；
16、所述加热熟化是在70-75℃下搅拌12-18h。
17、本专利技术的进一步方案，步骤（2）中，所述的基膜为平板纤维基膜或中空纤维基膜。
18、本专利技术的进一步方案，步骤（3）中，三段凝固浴温度分别为25-35℃、35-45℃、45-60℃，浸渍的时间分别为5-10s、5-10s、10-20s；
19、所述铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁；
20、所述凝固浴中铁离子浓度为0.05-0.1mmol/l。
21、本专利技术的进一步方案，步骤（4）中，单层mxene水凝胶溶液是由单层mxene材料分散在水中形成质量浓度为0.5-1.0%的溶液；
22、所述浸没的时间为12-24h，所述脱水是在温度为60-120℃干燥箱内脱水8-12h。
23、优选方案，所述单层mxene的制备方法为：将钛碳化铝置入刻蚀溶中按照超声刻蚀-低温冷冻进行循环反应，得单层mxene，其厚度为1-5nm、宽度为0.2-0.5μm；
24、所述超声刻蚀的时间为6-8h、温度为40-60℃；所述低温冷冻是采用液氮冷冻10-30min。
25、本专利技术的第三个专利技术目的是提供上述双通道复合膜的应用，其在过硫酸盐氧化体系下用于去除水中有机污染物，并截留硫酸盐。
26、本专利技术中基膜可采用湿式相转化法制备，其中湿式相转化法是膜领域一种常见的成膜技术，是利用溶液中的化学反应使得溶液中某些物质从溶解态转化为沉淀态，从而形成薄膜。一般采用刮膜刀制备成平板纤维膜或采用喷丝头制备成中空纤维膜，所以其尺寸一般是固定的。其中喷丝头可采用如cn106521654 a公开的中空纤维膜纺丝喷头，将基膜制备成中空纤维膜。即本申请中对基膜的制备均是采用现有技术，其具体制备过程在此文不再累述。
27、本申请将制备好的基膜置于铁盐凝固浴中，通过相转化使铁离子渗透入基膜中，生成半醌自由基从而诱导基膜中的多巴胺自聚合形成聚多巴胺，同时也改变pvdf晶球生长结构及尺寸，从而调控膜的孔隙分布，增加基层膜通量，最终形成亲水多孔微滤基膜。
28、另外，聚多巴胺通过杂化取代mxene中tx基团，与pvdf协同杂化mxene，在基膜表面接枝上mxene形成杂化共聚物，最终叠合形成纳米分离膜层，从而形成了双层的双通道复合膜，赋予复合膜对阴离子截留能力。通过内压运行方式，在过硫酸盐氧化体系下，污染物先经过微滤基膜，最后到达纳米分离膜层，在催化剂作用下产生硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基等，降解水中有机污染物四环素，同时攻击膜表面污堵的污染物，缓解膜污染，提升膜亲水性和抗污性。同时产生的硫酸盐被纳米分离膜层截留，实现对水中有机污染物如四环素、双酚a、罗丹明b、全氟辛酸等有机污染物的去除及硫酸盐的高效截留。
29、所以，本专利技术的有益效果如下：
30、（1）本专利技术通过凝固浴中的铁离子扩散至基膜中并诱导pvdf中的多巴胺进行自聚合，调控pvdf微观结晶形态，影响基膜结构及亲水性。本专利技术中单层mxene加入水中形成墨绿色凝胶液体，再将基膜浸渍在单层mxene凝胶溶液中，通过pvdf、聚多巴胺共聚物与mxene表面发生的协同交联聚合作用，引发mxene接枝在表面并堆叠形成离子分离层。其中微滤基膜是fe离子与pvdf、聚多巴胺共聚物混合掺杂在一起构成的，其膜孔直径为0.1-0.4μm。而纳米分离膜层利用mxene层间距筛分效应，构建低价离子分离层，其膜孔直径为1-5nm，可实现对低价离子的高效截留。所以本专利技术的双通道复合膜实现对有机物的催化氧化降解和对低价离子截留目标。在过硫酸盐氧化体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双通道复合膜，其特征在于：包括多孔微滤基膜和接枝在多孔微滤基膜表面的纳米分离膜层；所述多孔微滤基膜是由掺杂有铁离子的聚多巴胺和PVDF共聚形成的；所述纳米分离膜层是由单层MXene接枝叠合形成的。
2.根据权利要求1所述的一种双通道复合膜，其特征在于：所述多孔微滤基膜上的膜孔直径为0.1-0.4μm；所述纳米分离膜层上的膜孔直径为1-5nm。
3.根据权利要求1所述的一种双通道复合膜，其特征在于：所述双通道复合膜的形状为平板状或中空状。
4.一种双通道复合膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂为DMAC、DMF或NMP；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的基膜为平板纤维基膜或中空纤维基膜。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，三段凝固浴温度分别为25-35℃、35-45℃、45-60℃，浸渍的时间分别为5-10s、5-10s、10-20s；
8.根据权利要求4所述
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述单层MXene的制备方法为：将钛碳化铝置入刻蚀溶中按照超声刻蚀-低温冷冻进行循环反应，得单层MXene，其厚度为1-5nm、宽度为0.2-0.5μm；
10.如权利要求1-3任一项所述的一种双通道复合膜的应用，其特征在于：其在过硫酸盐氧化体系下用于去除水中有机污染物，并截留硫酸盐。
...【技术特征摘要】
1.一种双通道复合膜，其特征在于：包括多孔微滤基膜和接枝在多孔微滤基膜表面的纳米分离膜层；所述多孔微滤基膜是由掺杂有铁离子的聚多巴胺和pvdf共聚形成的；所述纳米分离膜层是由单层mxene接枝叠合形成的。
2.根据权利要求1所述的一种双通道复合膜，其特征在于：所述多孔微滤基膜上的膜孔直径为0.1-0.4μm；所述纳米分离膜层上的膜孔直径为1-5nm。
3.根据权利要求1所述的一种双通道复合膜，其特征在于：所述双通道复合膜的形状为平板状或中空状。
4.一种双通道复合膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂为dmac、dmf或nmp；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的基膜为平...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢超，吴子健，孔令涛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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