[發明專利]介孔二氧化硅納米片復合薄膜在水處理中的應用

在審

• 申請號: 201911083353.1
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN110743379A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 楊樹斌;孟世明;李彬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02;B01D71/10;B01D71/26;B01D71/34;B01D71/56;C02F1/44;C02F101/20;C02F101/36
• 代理公司: 11002 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 喬鳳杰

本發明屬于水處理相關技術領域，具體涉及一種介孔二氧化硅納米片復合薄膜在水處理中的應用。本發明的薄膜可以有效阻止重金屬離子和有機污染物通過，有效富集放射性元素，具有高的選擇濾過性以及水分子的快速通過速率，具有良好的穩定性和生物安全性，是非常理想的水處理材料，可廣泛應用于各種水處理領域；此外，該新型薄膜制備工藝重復性高、過程簡單、耗時少，適于工業化生產。

技術領域

本發明屬于水處理相關技術領域，涉及一種介孔二氧化硅納米片復合薄膜在水處理中的應用。

背景技術

在再生水和廢水中廣泛存在的微量重金屬和有機污染物是水資源再利用的重要障礙。膜分離技術，作為一個可以滿足任意分離需求的有前途的技術，已經在這些年里吸引了大家的廣泛關注。自從上世紀60年代開始，膜分離技術就已經逐步工業化應用，并替代了傳統的純化和分離過程。與常規的分離方法如蒸餾、蒸發、吸附、萃取和色譜分離等相比，膜分離技術具有高效、節能、環保和安全等優勢，同時需要空間少，可以連續操作等。

氧化石墨烯(GO)因為其原子級的光滑表面、原子級的厚度和可調節的納米孔道和納米孔而被科學家們研究組成氧化石墨烯基的膜材料用于分離。然而，當氧化石墨烯膜浸潤到水溶液中，含氧官能團的水合作用會導致層間距加大，從而不僅僅使得小尺寸的離子可以通過，而且由于含氧官能團和電負性導致膜變得不再穩定。因而，石墨烯或氧化石墨烯膜遠遠不能滿足日益增長的海水淡化和水處理的需求。針對于此，設計一種基于介孔二氧化硅復合納米片的復合新型薄膜用于過濾水中的重金屬離子和有機污染物，或是富集核廢水中的放射性元素，提高其對離子的選擇濾過性以及水分子的快速通過速率。

發明內容

本發明提出介孔二氧化硅納米片薄膜在廢水處理中的應用，所述介孔二氧化硅納米片由如下方法制備得到：

(1)將氧化石墨烯或石墨烯、有機硅化合物和表面活性劑均勻分散在溶劑中，進行水解反應，然后去除表面活性劑，得介孔二氧化硅納米片；

(2)將所述介孔二氧化硅納米片與復合組分混合，然后分散制膜，得所述介孔二氧化硅納米片復合薄膜。

本發明首次發現，由上述方法制備得到的復合薄膜可有效地阻止金屬離子的通過，對于收集水中的重金屬離子或富集核廢水中的放射性元素有重要的意義。

所述步驟2)中將所述介孔二氧化硅納米片與復合組分在可對二者進行分散的溶劑中進行混合。

優選的，所述復合組分為氧化石墨烯、石墨烯、二維過渡金屬硫化物、二維過渡金屬碳化物、碳納米管、纖維素、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺中的一種或多種。

進一步優選的，所述復合組分為氧化石墨烯，石墨烯或碳化鈦。

優選的，所述介孔二氧化硅納米片復合薄膜的孔徑為2nm-5nm，厚度為5nm-100nm。

優選的，所述有機硅化合物為硅酸乙酯、四甲基硅烷、三甲基碘硅烷、甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中的一種或多種；

優選的，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉、三嵌段高聚物F127、三嵌段高聚物P123中的一種或多種；

優選的，所述溶劑包括但不限于水、乙醇、甲醇、異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺中的一種或多種混合溶劑。

優選的，所述表面活性劑的體積、氧化石墨烯或石墨烯的質量和有機硅化合物的體積比為1：0.01～0.05：0.1～2。

上述質量和體積為同等量級的標準單位，如體積為mL，則質量為g。

作為優選的方案，所述介孔二氧化硅納米片復合薄膜由如下方法制備得到：