【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、膜分离具有低碳、环保的优势，在缓解水资源短缺的同时，相较于其他纯化技术可降低能耗，是水处理领域的发展的热门方向。膜分离中有两个主要的分离性能指标：选择性和渗透性，也即对污染物的截留效果及水透过速率，这两个指标代表着水处理的质量和效率，污水截留的效果在达到一定上限后，保持高截留率同时提升通量，能大幅提升水处理的效率，有助于缩小膜面积、降低运行成本。因此近些年来，开发具有高渗透性的膜材料成为新的研究热点。
2、共价有机框架（cof）是一类具有周期性的多孔晶态材料，其独特的多孔结构及可调控的活性位点赋予了cof膜精确筛分选择性和高效传质效率。cof由共价键相互连接，能在水中保持高稳定性，是新型的具有广阔应用前景的水处理膜材料。由于cof单体中的苯环堆积作用，cof膜材料中的二维传质通道并未得到高效利用。目前对于如何有效利用cof层间通道进行传质进而提升传质效率还没有相关的研究。本专利技术创新地提出通过将cof纳米片和mxene纳米片相互作用，真空抽滤形成了复合cof/mxene膜，制备的复合膜具有混合维度通道，既有一维垂直于纳米片的孔道，又有具有二维平行于纳米片的孔道，二种维度的孔道相互作用，从而实现了更高效率的传质，首次实现了cof二维通道的利用，极大地提升了水处理的效率。
技术实现思路
1、为了提升水处理的效率，本专利技术创新性地提供一种新型的cof/mxene复合具有混合维度传质通道的复合膜，所用方式简便，条件温和。
2、一种具有混合维度传质
3、本专利技术所制备的cof/mxene膜制备方法包括以下步骤：
4、其合成步骤方法包括以下步骤：
5、步骤一、采用三相法制备cof纳米片。将乙酸溶液分布在醛基单体的第一有机溶剂表面，并与之接触反应；同时，将氨基单体的第二有机溶剂分布在乙酸溶液表面，并与之接触反应，得到cof纳米片；
6、在一些具体的实施案例中，取醛基单体溶解在第一有机溶剂中，氨基单体溶解在第二有机溶剂中，分别超声5~10 min。将醛基单体的第一有机溶剂1作为底层有机相，取一定量乙酸溶液以滴加或平铺或旋涂等方式分布在醛基单体的第一有机溶剂1的表面上作为中间水相，将氨基单体溶解在第二有机溶剂以滴加或平铺或旋涂等方式分布在乙酸上层。静置在10~30℃中反应3~10天。
7、所述的醛基单体选自三甲酰基间苯三酚或2,5-二羟基对苯二甲醛；
8、所述的氨基单体选自2, 5-二氨基苯磺酸、2, 5-二氨基苯甲酸、2, 2'-联苯胺二磺酸或氨基胍盐酸盐中的任意一种；
9、所述氨基单体和醛基单体的摩尔比为1：1-8；所述乙酸浓度为3-6 mol/l；所述的第一溶剂选自二氯甲烷或正辛酸；所述第二溶剂选自邻二氯苯或n, n-二甲基甲酰胺。
10、在一些实施例中，还将上述中反应完成的液体再次摇晃均匀，静置分层后，将有机相从底部放出，水相从上层取出。取出的水相溶液转移到透析袋中透析2-3天，得到cof纳米片胶体溶液。
11、所述制备得到的cof纳米片为tppa-so3h、tppa-cooh、tptgcl、tpbd-(so3h)2、dhatgcl中的一种。
12、可以理解的是，当醛基单体选自三甲酰基间苯三酚，氨基单体选自2, 5-二氨基苯磺酸时，得到的cof纳米片为tppa-so3h；
13、醛基单体选自三甲酰基间苯三酚，氨基单体选自2, 5-二氨基苯甲酸时，得到的cof纳米片为tppa-cooh；
14、醛基单体选自三甲酰基间苯三酚，氨基单体选自氨基胍盐酸盐时，得到的cof纳米片为tptgcl；
15、醛基单体选自三甲酰基间苯三酚，氨基单体选自2, 2'-联苯胺二磺酸时，得到的cof纳米片为tpbd-(so3h)2；
16、醛基单体选自2,5-二羟基对苯二甲醛，氨基单体选自氨基胍盐酸盐时，得到的cof纳米片为dhatgcl。
17、步骤二、max经氟化物的盐酸混合液蚀刻、煅烧，分离得到mxene纳米片胶体溶液；
18、在一些具体的实施案例中，取适量盐酸和氟化盐混合搅拌10~30 min作为刻蚀剂。将刻蚀剂添加到max中，50-60℃搅拌一天，刻蚀完成得到mxene。刻蚀完成的粉末用去离子水和乙醇交替洗涤ph至6~7。将洗涤完的粉末用滤膜过滤，过滤完后放置在50-60oc真空干燥箱中干燥。干燥完成的粉末转移到管式炉中，在氮气气氛下煅烧，煅烧条件为以1-5℃/min升温速率升温至400-600℃，煅烧时长为0.5-1 h。煅烧完的mxene加水转移到离心机中，以3000~8000 rpm转速离心1h。取上层清液得到mxene纳米片胶体溶液。
19、步骤三、cof/mxene膜的制备，将cof纳米片胶体溶液稀释，将mxene纳米片胶体溶液稀释，两种稀释液混合后超声均匀，得到的混合分散液抽滤在基膜上，得到cof/mxene膜。胶体溶液稀释倍数为5-20倍。
20、在一些具体的实施案例中，取一定量的cof纳米片胶体溶液，加入5 ml去离子水超声30 min，取一定量mxene纳米片胶体溶液，加入5ml 去离子水超声2 min。将分散完成的溶液混合超声1 min得到混合分散液待用。将制备的混合分散液抽滤到基膜上，得到cof/mxene膜。
21、cof纳米片的分散液的质量浓度为0.1~1 mg/ml、mxene纳米片的分散液的质量浓度为0.1~1 mg/ml；mxene：cof的质量比为1~10 %；优选为mxene：cof的质量比为5~10 %；mxene：cof的质量比为8 %。
22、所述基膜选自聚醚砜、聚丙烯腈、聚砜、聚碳酸酯中的任意一种；
23、采用本专利技术的技术方案，在常温中抽滤得到膜厚在200~1000 nm的cof/mxene复合膜。
24、另一方面，本专利技术提供一种具有混合维度孔道的cof/mxene膜，采用所述的方法制备得到的膜一维孔道尺寸介于0.5-2.0 nm，二维孔道尺寸介于0.3-0.5 nm。
25、另一方面，本专利技术将所述方法制备得到的具有混合维度孔道的cof/mxene膜在水处理中的应用。
26、所述水处理为压力条件下截留水环境中的污染物，所述污染物选自分子量大于461 da的染料分子，如刚果红、铬黑t，伊文思蓝，阿利新蓝，甲基蓝中的一种或多种。染料分子浓度为20-1000 ppm，可以理解的是本申请的材料能实现染料分子拦截浓度最低为20ppm，还可以实现拦截浓度高于20ppm的，如实现1000ppm以内的拦截，高于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的醛基单体选自三甲酰基间苯三酚或2,5-二羟基对苯二甲醛；
3.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的第一溶剂选自二氯甲烷或正辛酸；所述第二溶剂选自邻二氯苯或N, N-二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求2或3所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中在常温条件下静置反应3-10天，收集水相，经透析后得到COF纳米片胶体溶液；
5.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中氟化物选自氟化钠、氟化铵或氟化锂中的任意一种；所述的盐酸的浓度为30-37%；所述煅烧条件为以1-5℃/min升温速率升温至400-600℃，煅烧时长为0.5-1 h，将得到的固体分散于水中，离心分离，取上清液，得到MXene纳米片胶
6.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中COF纳米片胶体溶液的质量浓度为0.1~1 mg/mL、MXene纳米片胶体溶液的质量浓度为0.1~1 mg/mL；MXene：COF的质量比为1~10 %；优选为MXene：COF的质量比为5~10 %；MXene：COF的质量比为8 %。
7.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的COF/MXene膜的制备方法，其特征在于，所述基膜选自聚醚砜、聚丙烯腈、聚砜、聚碳酸酯中的任意一种；
8.一种具有混合维度孔道的COF/MXene膜，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的。
9.权利要求1-7任一项所述方法制备得到的具有混合维度孔道的COF/MXene膜在水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述水处理为压力条件下截留水环境中的污染物，所述污染物选自分子量大于等于461 Da的染料分子，染料分子浓度为20-1000ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种具有混合维度孔道的cof/mxene膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的cof/mxene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的醛基单体选自三甲酰基间苯三酚或2,5-二羟基对苯二甲醛；
3.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的cof/mxene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的第一溶剂选自二氯甲烷或正辛酸；所述第二溶剂选自邻二氯苯或n, n-二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求2或3所述的具有混合维度孔道的cof/mxene膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中在常温条件下静置反应3-10天，收集水相，经透析后得到cof纳米片胶体溶液；
5.根据权利要求1所述的具有混合维度孔道的cof/mxene膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中氟化物选自氟化钠、氟化铵或氟化锂中的任意一种；所述的盐酸的浓度为30-37%；所述煅烧条件为以1-5℃/min升温速率升温至400-600℃，煅烧时长为0.5-1 h，将得到的固体分散于水中，离心分离，取上清...
【专利技术属性】
技术研发人员：王梅迪，伍卓豪，李东升，伍学谦，吴亚盘，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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