[發明專利]一種具有光催化性能的凹凸棒石-類石墨相氮化碳復合中空纖維微濾膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710239051.3
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106943890B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 張艷;薛愛蓮;周守勇;趙宜江;范兆如;李梅生;邢衛紅;吳飛躍;張莉莉;褚效中;黃進
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/08;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/14;C02F1/30;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種具有光催化性能的凹凸棒石?類石墨相氮化碳復合陶瓷中空纖維微濾膜及其制備方法。將凹凸棒石?類石墨相氮化碳復合材料顆粒加入溶劑中，制得聚醚砜鑄膜液，鑄膜液通過紡絲頭擠出，經過一段空氣間隙后進入凝固浴固化成型，經過燒結得到具有光催化性能的凹凸棒石?類石墨相氮化碳復合陶瓷中空纖維微濾膜。該中空纖維微濾膜由纖維狀的凹凸棒石和具有光催化性能的類石墨相氮化碳聚合物共同組成，利用類石墨相氮化碳的光催化性能可以實現光催化和膜分離過程的耦合；由于類石墨相氮化碳聚合物通過化學鍵合作用均勻分散固載在膜層的凹凸棒石表面，有效避免了顆粒狀類石墨相氮化碳在獨自使用過程中易團聚、難分離及難重復使用等不足。

技術領域

本發明涉及具有光催化性能的凹凸棒石-類石墨相氮化碳復合中空纖維微濾膜及其制備方法，屬于陶瓷膜制備技術領域。

背景技術

中空纖維陶瓷膜不但具有陶瓷材料優良的熱穩定性、化學穩定性和持久性，適用于強酸、強堿和高溫等苛刻環境下的分離體系而且比表面積大、單位體積裝填密度高，在商業用地費用較高的今天，可極大節約運行成本，具有重要實際應用價值。目前主要的中空纖維陶瓷微濾膜主要由Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂等陶瓷顆粒制備而成，其起分離作用的皮層孔道是由陶瓷顆粒堆積而成，由于陶瓷顆粒本身形狀及空間堆積方式的限制，分離層孔隙率不高，限制了膜滲透通量的提高。與陶瓷顆粒相比，陶瓷纖維構建的分離層不僅具有陶瓷材料固有的耐高溫、化學穩定性好，使用壽命長等特點，還兼具了纖維材料的高孔隙率、高比表面積等優點。首先，在形成篩孔結構時，陶瓷纖維可以將大孔分割成小孔形成連通的孔道，使其總孔隙率能夠超過70％，接近常規陶瓷粒子陶瓷膜分離層孔隙率的兩倍，獲得高通量；其次，陶瓷纖維材料提高了膜層彈性模量和抗熱應力，使其具有高抗熱震穩定性。CN104128100A公開了用納米凹凸棒石制備得中空纖維陶瓷微濾膜，制得的中空纖維膜孔隙率高、純水通量大、機械強度好、成本低，較好地解決人工納米單元材料批量小、成本高等問題，降低了中空纖維陶瓷微濾膜的制備成本。但是，高的孔隙率和滲透性能也導致膜在應用過程中極容易被污染，通量大幅降低，并縮短膜的使用壽命，嚴重影響膜分離過程的經濟性，盡管控制膜污染措施取得了一定的研究進展，但仍是膜分離技術發展的主要瓶頸。

光催化氧化技術是將具有光催化性能的材料與紫外光耦合的技術。它是一種新型的水污染治理技術，具有高效、節能、適用范圍廣等特點，幾乎可與任何有機物反應，能將其直接礦化為無機小分子，具有廣泛的應用前景。類石墨相氮化碳（g-C₃N₄）獨特的類石墨層狀堆積結構和sp²雜化的π共軛電子能帶結構，使其具有多種優異的物理和化學性質，在材料、催化、電子和光學等領域具有誘人的應用前景，引起人們的廣泛關注和極大興趣。類石墨相氮化碳g-C₃N₄作為一種廉價、穩定、具有良好可見光響應的聚合物半導體光催化劑，越來越受到人們的廣泛關注。但是，在現有的g-C₃N₄ 光催化體系中，都需要催化劑分散在溶劑中并與目標物充分接觸，活性粒子經催化劑表面作用于目標物，所以g-C₃N₄ 的比表面積和微觀形貌也影響了其光催化性能。將g-C₃N₄聚合物通過化學鍵合作用牢固負載在其它載體上，可獲得高效、穩定的耦合型g-C₃N₄復合材料。CN106179447A公開了一種強耦合型凹凸棒土-KHX-g-C₃N₄復合材料的制備方法，強耦合型凹凸棒土-KHX-g-C₃N₄復合材料具有良好的催化性能，但在使用中仍然面臨著制備過程中易團聚及使用過程中難分散、難分離等缺點，重復利用率低，排出液易產生二次污染，嚴重限制了其應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種光催化性能的中空纖維微濾膜，采用凹凸棒石-類石墨相氮化碳作為原料進行中空纖維陶瓷微濾膜的制備。