【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜处理污水，具体涉及一种电催化抗污膜、制备方法及应用。
技术介绍
1、pvdf膜是当前应用最广泛的高分子膜材质，其在应用中不可避免的产生膜污染。通过膜材料改性制备抗污膜已是当下热点问题，如将二氧化钛等材料掺入有机相中，在光催化下实现对污染物的氧化去除；或将金属颗粒掺杂在有机材料中，在芬顿反应下产生活性物质对污染物去除。上述方法均能实现有效抗污，但需外加化学药剂，增加了维护成本且操作复杂。因此，有必要开发一种新型的抗污复合膜材料。
2、将电催化与膜过滤相结合是一种新的抗污方式，电催化膜技术是将膜分离与电催化氧化优势相结合的新型膜分离技术，三维多孔状电催化过滤膜可以增加催化反应的活性位点，同时，压力驱动的膜分离过程能够增加溶液中有机物与阳极表面的接触，强化电催化氧化过程的传质速率。另外，电催化膜可以实现膜原位清洗且无需外加药剂，即其中掺杂高氧化还原性导电层以提升膜表面的电化学性能，在外加电流作用下产生氯自由基、羟基自由基等活性物质攻击污染物，从而达到降解水中和膜表面的污染物，实现膜表面控污的目标。中国专利cn218688198 u提出的一种电催化膜及电催化膜组件，其制备硼掺杂的多孔基底的金刚石膜，但该电催化膜存在传质距离受限、能耗高、电流效率低等问题。中国专利cn201610939947.8提出了一种木陶瓷电催化复合膜，将木碳粉和锡溶胶制成催化剂，再制成催化膜，但该催化剂的制备程序复杂且不可控。
3、mxene是一种新型的二元材料，具有导热性、高表面积和优良的亲水性。其具有超薄的层间结构和大量的
4、la2o3具备优异的电化学性质，la2+和la3+的循环使其赋予出色的电容性能，同时具备优异的氧化还原性能，但是其带隙宽、电导率低又影响了其应用。la2o3和其他材料形成复合物可增强其电子传输能力，从而提升氧化还原能力。
5、因此，需要专利技术一种新的电催化抗污膜，使其具备抗污能力的同时还可以降低电催化能耗，并且能减缓活性层金属元素的损耗。
技术实现思路
1、为实现上述目的，本申请中提出了一种la2o3/mxene-pvdf三元电催化抗污膜、制备方法及应用，将la2o3/mxene颗粒电极催化层组装在pvdf膜表面，再沉积上贵金属活性层，形成三元电催化复合膜，增加电流传递效率，提升电极与污染物进行有效接触，使其具备抗污能力的同时还可以降低电催化能耗，并能减缓活性层金属元素的损耗。
2、本专利技术采用了以下技术方案：
3、一种电催化抗污膜，所述电催化抗污膜为层状结构，其包括内层的pvdf基膜、组装在pvdf基膜外侧面的la2o3/mxene颗粒电极催化层，以及沉积在la2o3/mxene颗粒电极催化层上的；
4、所述la2o3/mxene颗粒电极催化层是由mxene和la2o3纳米颗粒混合而成；所述活性层的材质为贵金属。
5、进一步方案，所述pvdf基膜的孔径为0.1-0.4μm；
6、所述la2o3/mxene颗粒电极催化层中mxene和la2o3纳米颗粒的质量比为8:2-9:1。
7、进一步方案，所述贵金属为钌、铱、铂、钯或铑。
8、进一步方案，所述电催化抗污膜为中空纤维膜状结构。
9、即电催化抗污膜为三层中空纤维膜状结构，其内层为pvdf基膜、中间层为la2o3/mxene颗粒电极催化层、外层为活性层。其中la2o3/mxene颗粒电极催化层为三元电极催化层。
10、本专利技术的第二个专利技术目的是提供上述一种电催化抗污膜的制备方法，其包括以下步骤：
11、s1、将mxene和la2o3纳米颗粒共同超声分散在去离子水或纯水中，在水浴中搅拌，然后经离心、干燥、研磨得到la2o3/mxene复合物；
12、s2、将pvdf基膜置于la2o3/mxene水分散液中，通过负压抽吸将la2o3/mxene组装在pvdf基膜的外表面形成la2o3/mxene颗粒电极催化层，得到la2o3/mxene-pvdf复合膜；
13、s3、在la2o3/mxene-pvdf复合膜的表面沉积贵金属形成活性层，即得三层结构的电催化抗污膜。
14、进一步方案，步骤s1中在水浴中搅拌是指在40-50℃的水浴锅中搅拌2-4h，所述la2o3/mxene复合物的粒径为100-200目；
15、步骤s1中mxene是将ti3alc2超声分散于刻蚀剂中进行刻蚀所得；
16、所述la2o3纳米颗粒是将镧溶液和碱溶液充分反应后，经离心、干燥后煅烧所得。其中碱溶液的体积量要不小于镧溶液的体积量，即为了保证金属镧沉淀。
17、进一步方案，所述刻蚀剂为氢氟酸溶液，刻蚀时间为24-36h、温度为60-70℃；
18、所述镧溶液为浓度0.05-0.1mol/l的硝酸镧或氯化镧溶液；所述碱溶液为浓度1mol/l的氢氧化钠、氨水或氢氧化钾溶液；所述煅烧是在300-400℃马弗炉中进行煅烧2-4h。
19、进一步方案，步骤s2中，所述la2o3/mxene水分散液浓度为1-5mg/l，负压抽吸的时间为1-10min；所述的厚度为500-1000nm。
20、此步骤通过负压抽吸将la2o3/mxene负载在pvdf基膜的表面，可通过负压抽吸时间和la2o3/mxene水分散液的浓度来控制组装la2o3/mxene颗粒电极催化层的厚度，其厚度一般优选为500-1000nm。
21、进一步方案，步骤s3中，在la2o3/mxene-pvdf复合膜的表面沉积贵金属是采用磁控溅射进行沉积的，所述磁控溅射是在惰性气体保护条件下进行的，其沉积速率为5-10nm/min，活性层沉积厚度为20-50nm。
22、其中惰性气体包括氩气、氦气等。
23、本专利技术的第三个专利技术目的是提供一种电催化抗污膜的过滤系统，包括柱式过滤组件，所述柱式过滤组件包括套设的外壳和中心管，位于外壳和中心管之间的内腔中布设有上述电催化抗污膜。
24、进一步方案，所述中心管的外层包覆有导电材料层，该导电材料层延伸到柱式过滤组件的一端形成阴极柱，柱式过滤组件的另一端安装有端盖形成阳极柱；所述端盖与柱式过滤组件中的所有的电催化抗污膜的活性层分别连接；将阳极柱、阴极柱分别通过导线与电源的正、负极相连形成电路。
25、更进一步方案，所述导电材料层为钛网、铜网或不锈钢网；所述端盖的材质为铁、铝、镁或镁铝合金。
26、进一步方案，所述过滤系统运行状态下，电路的电流密度是5-30macm-2，过滤系统的运行通量为30-50lhm。其中电流密度中面积按过滤系统中所有的电催化抗污膜中的la2o3/mxene颗粒电极催化层的有效面积来计。
27、本专利技术的第四个专利技术目的是提供上述的电催化抗污膜的应用，其用于含有氨氮、c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电催化抗污膜，其特征在于：所述电催化抗污膜为层状结构，其包括内层的PVDF基膜、组装在PVDF基膜外侧面的La2O3/MXene颗粒电极催化层，以及沉积在La2O3/MXene颗粒电极催化层上的活性层；
2.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述PVDF基膜的孔径为0.1-0.4μm；
3.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述贵金属为钌、铱、铂、钯或铑。
4.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述电催化抗污膜为中空纤维膜状结构。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种电催化抗污膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，在水浴中搅拌是指在40-50℃的水浴锅中搅拌2-4h，所述La2O3/MXene复合物的粒径为100-200目；
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述刻蚀剂为氢氟酸溶液，刻蚀时间为24-36h、温度为60-70℃；
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中，在La2O3/MXene-PVDF复合膜的表面沉积贵金属是采用磁控溅射进行沉积的，所述磁控溅射是在惰性气体保护条件下进行的，其沉积速率为5-10nm/min，活性层沉积厚度为20-50nm。
10.一种电催化抗污膜的过滤系统，其特征在于：包括柱式过滤组件，所述柱式过滤组件包括套设的外壳和中心管，位于外壳和中心管之间的内腔中布设有如权利要求1-4任一项所述的电催化抗污膜。
11.根据权利要求10所述的一种电催化抗污膜的过滤系统，其特征在于：所述中心管的外层包覆有导电材料层，该导电材料层延伸到柱式过滤组件的一端形成阴极柱，柱式过滤组件的另一端安装有端盖形成阳极柱；所述端盖与柱式过滤组件中的所有的电催化抗污膜的活性层分别连接；将阳极柱、阴极柱分别通过导线与电源的正、负极相连形成电路。
12.根据权利要求11所述的一种电催化抗污膜的过滤系统，其特征在于：所述导电材料层为钛网、铜网或不锈钢网；所述端盖的材质为铁、铝、镁或镁铝合金。
13.根据权利要求11所述的一种电催化抗污膜的过滤系统，其特征在于：所述过滤系统运行状态下，电路中电流密度是5-30mAcm-2，过滤系统的运行通量为30-50LHM。
14.如权利要求1-4任一项所述的电催化抗污膜的应用，其特征在于：其用于含有氨氮、COD或氯离子的废水处理。
15.如权利要求10所述的过滤系统的应用，其特征在于：其用于含有氨氮、COD或氯离子的废水处理。
...【技术特征摘要】
1.一种电催化抗污膜，其特征在于：所述电催化抗污膜为层状结构，其包括内层的pvdf基膜、组装在pvdf基膜外侧面的la2o3/mxene颗粒电极催化层，以及沉积在la2o3/mxene颗粒电极催化层上的活性层；
2.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述pvdf基膜的孔径为0.1-0.4μm；
3.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述贵金属为钌、铱、铂、钯或铑。
4.根据权利要求1所述一种电催化抗污膜，其特征在于：所述电催化抗污膜为中空纤维膜状结构。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种电催化抗污膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，在水浴中搅拌是指在40-50℃的水浴锅中搅拌2-4h，所述la2o3/mxene复合物的粒径为100-200目；
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述刻蚀剂为氢氟酸溶液，刻蚀时间为24-36h、温度为60-70℃；
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述la2o3/mxene水分散液浓度为1-5mg/l，负压抽吸的时间为1-10min；所述la2o3/mxene颗粒电极催化层的厚度为500-1000nm。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，在la2o3/mxene...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢超，张鹏宇，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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