[發明專利]一種不銹鋼網支撐的超疏水COF膜及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910344241.0
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110141887B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 黃愛生;姜蘊哲;劉傳耀;郭浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種不銹鋼網支撐的超疏水COF膜及制備方法和應用，其膜為用于油水分離的不銹鋼網支撐的超疏水共價有機骨架材料膜即BTADHBD@Glc@POTS膜；其制備方法包括：a）采用3?氨丙基三乙氧基硅烷對不銹鋼網基底進行功能化修飾；b）采用均苯三甲醛進行進一步功能化修飾；c）采用重復合成法在不銹鋼網上制備均勻致密的BTADHBD膜；d）采用縮水甘油對BTADHBD進行功能化后修飾；e）采用十三氟辛基三甲氧基硅烷進一步后修飾合成制備不銹鋼網支撐的超疏水COF膜并將此膜用于多種油水分離。制備的不銹鋼網支撐的超疏水COF膜對多種油水混合物均具有優良的分離效果。

技術領域

本發明屬于水處理純化領域，具體涉及一種不銹鋼網支撐的超疏水COF膜及制備方法和應用。

背景技術

工業生產中引起的含油廢水和原油的意外泄漏等造成了嚴重的環境問題，傳統的處理方法例如重力分離、浮選、吸收和電凝等，都屬于高耗能、低效率的方法，因此研究新型的分離油水混合物的有效方法是當今一個非常重要的課題。某些材料同時具備超疏水性(定義為水接觸角大于150°)和親油性，這種材料能夠讓油通過的同時阻止水的通過，因此可以被做成良好的油水分離材料。迄今為止，已有幾種超疏水材料被發明，如聚合物、金屬有機框架材料、沸石和納米粒子等。這些材料能夠被涂在或生長在金屬網、濾紙、海綿等，從而制備出不同形狀的油水分離材料。然而這些材料或多或少存在化學穩定性或熱穩定性較差、油通量小的問題，因此開發一種具有高穩定、高通量的油水分離膜材料仍然是一個挑戰。

共價有機骨架材料(COF)是一種新型的多孔結晶材料，僅由輕元素(H，B，C，N和O)構成。由于其結構可變、比表面積大、孔徑可調、易于后修飾等特點，在過去的十年中COF引起了科學工作者的極大的興趣并已經被用于儲能、光電轉換、催化、氣體分離等。此外，COF在油水分離方面也已經有一定的研究基礎。迄今為止，超疏水COF粉末、超疏水COF包覆的密胺海綿和磁性小顆粒都已經被成功的合成出來，并用于制備自清潔材料或油水分離材料。然而，與其他分離方法相比，使用網膜分離油水混合物具有無可比擬的優勢，因為它更加方便、通量高、分離效率高、能耗低、并且能做到連續分離。一系列材料包括金屬氧化物、無機納米顆粒或不銹鋼網支撐的超疏水有機分子膜都已經被開發出來并用于油/水分離，但關于金屬網支撐的超疏水COF膜的開發仍然是一塊空白。因此，本領域急需開發一種具有高穩定性和高分離性能的金屬網支撐的超疏水COF膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種不銹鋼網支撐的超疏水COF膜及制備方法和應用，首先在不銹鋼網膜上生長名為“聚(均三甲基苯基-3,3'-二羥基聯苯亞胺)”(BTADHBD)的COF，然后使用后修飾方法將縮水甘油(Glc)和十三氟辛基三甲氧基硅烷(POTS)接枝到其上，得到名為“十三氟辛基三甲氧基硅烷修飾的聚(均三甲基苯基-3,3'-二羥基聯苯亞胺)”(BTADHBD@Glc@POTS)的不銹鋼網支撐的膜材料。該材料具有一定的自清潔能力和優良的油水混合物分離能力。旨在解決的技術難題是用后修飾的方法制備超疏水的COF材料并將該種COF材料牢固的生長在不銹鋼網上，進而進行油水分離應用。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種不銹鋼網支撐的超疏水COF膜的制備方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：BTADHBD@Glc@POTS的超疏水COF粉末的制備

1.1：將均苯三甲醛(BTA)分散在1,3,5-三甲苯中得到20-30mg/mL的懸浮液，另將3,3'-二羥基聯苯胺(DHBD)溶解在N,N-二甲基乙酰胺中得到40-60mg/mL的溶液，將二者等體積混合均勻，緩慢加入相當于總體積3-10％的6mol/L 醋酸，在反應釜中120℃加熱3天，過濾分離生成的沉淀物，用丙酮和四氫呋喃分別清洗沉淀物并干燥得到名為BTADHBD的COF粉末；