[發(fā)明專利]一種原位生長層狀雙金屬氧化物納濾膜的方法

有效

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• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109012187B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王乃鑫;黃政;李曉婷;安全福;紀淑蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種原位生長層狀雙金屬氧化物納濾膜的方法，屬于納濾膜分離領(lǐng)域。其步驟包括：對多孔基膜進行預處理，去處表面雜質(zhì)；將金屬鹽、尿素以及氟化銨溶于溶劑中攪拌均勻至油相消失；將配制好的溶液置于反應(yīng)釜中，密封并組裝反應(yīng)釜；在一定溫度下，金屬離子在反應(yīng)釜中通過原位生長，在基膜表面形成層狀雙金屬氫氧化物納濾膜，再通過高溫焙燒的方法制備LDO復合膜。本發(fā)明有效提高了納濾膜的穩(wěn)定性和分離性能。該法制備過程簡單，應(yīng)用于納濾領(lǐng)域，具有截留率高、通量大、穩(wěn)定好等特點，可以廣泛應(yīng)用在水處理領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用原位生長法制備層狀雙金屬氧化物納濾膜的方法，用于染料脫除，屬于納濾膜分離領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)具有過程簡單、無二次污染、無相變、高效、節(jié)能等優(yōu)點，在分離領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。影響膜分離性能的關(guān)鍵是膜材料和膜結(jié)構(gòu)，因此尋求新型的膜材料及膜結(jié)構(gòu)構(gòu)建方法成為亟待解決的關(guān)鍵問題。近年來，石墨烯、氧化石墨烯、層狀雙金屬氫氧化物(LDH)以及層狀雙金屬氧化物(LDO)等二維層狀材料因其獨特的結(jié)構(gòu)和功能可用于分離膜的制備。其中，LDO是以LDH為前驅(qū)體在500℃高溫焙燒后形成的雙金屬氧化物，它具有與二價金屬氧化物相似的晶體結(jié)構(gòu)，其組成通式為：M²⁺_1-xM³⁺_xO(OH)_x,具有高的比表面積和大的孔隙率等特點。LDO的粒子的粒徑主要取決于前驅(qū)體LDH晶體的尺寸，因此制備LDO復合膜的關(guān)鍵是制備均勻致密的LDH復合膜。基于此，本發(fā)明首先將原位生長與水熱合成法相結(jié)合，制備LDH復合膜，再通過高溫焙燒的方法制備LDO復合膜，LDH層間距易于控制，煅燒后制備的LDO復合膜具有能夠進行精確的分子篩分，并且層間陰離子消失，減少了組分的傳質(zhì)阻力從而提高通量，并且由于復合膜表面能降低提高，復合膜對染料的吸附量減少，提高了膜的運行穩(wěn)定性。該方法制備過程簡單，成膜時間短，分離層完整無缺陷，在納濾膜領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是首先采用原位生長與水熱合成法相結(jié)合制備LDH作為前驅(qū)體，再通過高溫焙燒制備LDO，使LDO生長于陶瓷基底表面。將形成LDH的金屬離子鹽等反應(yīng)物溶于溶劑中，并將基膜和配好的溶液置于反應(yīng)釜內(nèi)，在一定的溫度和壓力下在基膜表面通過配位作用形成LDH復合膜，在經(jīng)過高溫焙燒制備LDO復合膜。通過控制反應(yīng)溫度、前驅(qū)體濃度、反應(yīng)時間對LDO的形態(tài)和納濾膜的性能進行調(diào)控，用于納濾膜分離領(lǐng)域。

該方法包括以下步驟：

(1)對多孔基膜進行預處理，去除其表面有機物、無機物和微生物；

(2)將形成LDH的金屬離子鹽、尿素、氟化銨溶于溶劑中攪拌，攪拌攪拌至形成穩(wěn)定均一溶液；

(3)將步驟(2)配制好的溶液置于反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜中放有多孔基膜，在10℃-200℃(優(yōu)選80℃-120℃)下在基膜表面原位生長LDH前驅(qū)體層，反應(yīng)壓力為反應(yīng)釜自身產(chǎn)生的壓力；

(4)將步驟(3)制備的LDH前驅(qū)體層室溫干燥后，置于馬弗爐中加熱，在300℃-600℃(優(yōu)選400℃-500℃)高溫焙燒，將LDH轉(zhuǎn)化為LDO，制備LDO復合膜。

在本發(fā)明所述的能夠合成LDH的金屬離子為至少兩種金屬離子，為2價金屬離子或2價金屬離子和3價金屬離子，選自：Mg²⁺、Al³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺。

步驟(2)金屬離子鹽的溶劑、尿素以及氟化銨的溶劑均為水、有機溶劑中的一種或幾種。溶液中，金屬離子鹽濃度為0.1mol/L～1.0mol/L(優(yōu)選濃度為0.4mol/L～0.6mol/L)，尿素濃度為0.1mol/L～1.0mol/L(優(yōu)選濃度為0.5mol/L～0.7mol/L)，氟化銨濃度為0.1mol/L～1.0mol/L(優(yōu)選濃度為0.5mol/L～0.7mol/L)。