[發明專利]摻雜SOD沸石構型復合材料的水處理薄膜的制備及應用新方法

在審

• 申請號: 201410653154.0
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104324694A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 常娜;何冬瑩;余景健;楊超
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;B01J31/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種摻雜SOD沸石構型復合材料的水處理薄膜的制備及應用新方法。這種水處理薄膜摻雜了新型復合材料，即負載了二氧化鈦(TiO₂)納米晶的具有SOD沸石構型的ZIF-8多孔納米顆粒。以水熱法合成多孔ZIF-8顆粒后，采用溶膠法將納米二氧化鈦負載于其孔道中，得到新型復合材料，將上述復合材料制備成溶膠或懸浮液，直接涂膜或涂覆在PVDF膜表面，并烘干，即可得到用于污水處理的新型水處理薄膜，并最終發展了一種污水中有機物吸附和降解新方法。

背景技術

目前，國內外對有機廢水的處理方法主要有生物法、氧化法和物化法等。生物法是目前應用最廣泛的一種有機廢水處理方法，主要是利用微生物的新陳代謝，通過微生物的凝聚、吸附、氧化分解等作用來降解污水中的有機物。但是，當廢水中含有有毒物質或生物難以降解的有機物時，生物法處理效果欠佳，甚至不能處理。化學氧化技術常用于生物處理的前處理過程，一般是用化學氧化劑處理有機廢水，以提高廢水的可生化性，或直接氧化降解廢水中的有機物。但是，氧化法不僅需要消耗大量的氧化劑，并且隨著工業廢水的種類和成分日益復雜，常用氧化劑所表現出的氧化能力不強，難以達到實際的要求，制約了該方法的廣泛應用。物化法處理有機污染物主要有吸附法、萃取法、各種膜處理技術等。其中，膜法水處理技術在近年來應用最為廣泛。

ZIF-8是一類由金屬離子和有機配體通過自組裝作用形成的具有SOD沸石構型的剛性骨架多孔吸附材料。ZIF-8具有規則的孔道結構，超大的比表面積(BET比表面積高達2000m²/g)，良好的熱穩定性和溶劑穩定性等顯著優點，因此，已被廣泛使用于樣品吸附領域。本發明采用ZIF-8這種新型的多孔吸附材料作為吸附劑，來制備用于富集和催化降解有機物的新型復合材料。

自半導體材料用于催化降解有機物取得突破性進展以來，二氧化鈦因其催化活性高、化學和生物惰性好、對人體無毒、價廉等獨特優點，成為近年來研究最活躍的催化材料。與常規尺寸的二氧化鈦相比，納米二氧化鈦具有更高的催化活性和選擇性，能夠形成強氧化-還原體系，將不易氧化或難以降解的物質氧化分解，該技術已廣泛應用于處理染料、造紙等行業產生的有機廢水。然而，由于粒徑極小，納米二氧化鈦在氧化過程中極易發生流失，因此，尋找能夠固定納米二氧化鈦的載體，將吸附、氧化分解結合起來，才更有利于實際生產中的廣泛應用。

本發明中水處理薄膜所摻雜的復合材料是以SOD沸石構型的多孔材料ZIF-8作為吸附基體，在多孔ZIF-8材料合成后，采用溶膠法在其孔道內負載具有催化降解活性的納米二氧化鈦，最終制成了可以摻雜于水處理薄膜中的復合材料。但上述復合材料為分散狀的細小固體粉末，其在實際水處理應用中具有一定的局限性，因此本發明旨在將上述復合材料制備成為薄膜形式，以擴展其在實際水處理中的應用。

發明內容

為實現本發明所提供的技術方案是：

以水熱法制備ZIF-8多孔吸附材料，經過充分的洗滌，凈化，活化后，采用研缽將其研碎成顆粒度較為均一的ZIF-8粉末。把經過活化后的ZIF-8粉末加入到鈦酸丁酯的乙醇溶液中，滴加水解液并不斷攪拌，合成納米二氧化鈦和ZIF-8的復合材料。將復合材料洗滌，凈化，活化后，即得到了具有SOD沸石構型的用于富集和催化降解有機物的新型復合材料。

經過吸附實驗表明，本方法制備的TiO₂-ZIF-8復合物結構規則，孔容量大，對有機物的吸附和催化降解性能良好。

其中，多孔吸附材料ZIF-8的水熱合成方法為：將硝酸鋅，2-甲基咪唑溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，超聲使其溶解后，將混合溶液置于聚四氟乙烯反應釜中，在烘箱中進行高溫反應。反應結束后，將反應釜冷卻，對反應釜中的固體物質進行反復，多次洗滌，隨后置于烘箱中烘干備用。

TiO₂-ZIF-8復合材料的合成方法：稱取一定量的ZIF-8粉末，加入到鈦酸丁酯，乙醇的混合液中，并攪拌均勻。在磁力攪拌條件下，向上述混合液中緩慢滴加乙醇，水，硝酸的混合液，滴加結束后繼續攪拌若干小時。反應結束后，離心即可得到淡黃色粘稠狀固體。

TiO₂-ZIF-8復合材料的活化方法：將上述淡黃色粘稠狀固體用乙醇洗滌數次，并將固體置于烘箱中烘干，隨后在烘箱中高溫活化數小時。