[發明專利]一種氧化二硫化鉬二維納米復合膜的制備方法

在審

• 申請號: 202010156319.9
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN113368688A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 張凱松;楊詩詩
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D61/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/34;B01D71/36;B01D71/42;B01D71/56;B01D71/68
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 秦華

本發明屬于納米復合膜領域，公開了一種氧化二硫化鉬二維納米復合膜的制備方法。所述二維納米復合膜的制備方法包括：(1)將二硫化鉬、硝酸鈉與硫酸溶液于室溫下攪拌反應，冰浴下加入高錳酸鉀，之后于10～80℃下繼續攪拌直至溶液變成棕色，冰浴下加入水，室溫下加入雙氧水繼續攪拌直至溶液變黃，固液分離，超聲剝離后干燥，得氧化二硫化鉬；(2)將超濾基膜在水相單體哌嗪/間苯二胺中水相浸泡，干燥，再于上述氧化二硫化鉬和油相單體均苯三甲酰氯的混合液中油相浸泡，將所得膜倒扣置于20～100℃的烘箱中進行熱復合。本發明提供的二維納米復合膜能夠打破截鹽率和水通量之間的“trade?off”現象，實現選擇性和滲透性同步提升，同時增強復合膜的抗污染性能。

技術領域

本發明屬于復合膜領域，具體涉及一種氧化二硫化鉬二維納米復合膜的制備方法。

背景技術

超薄二維納米復合膜包括復合納濾膜、復合正滲透膜、復合反滲透膜等。界面聚合法是制備商業二維納米復合膜最常用的方法，通過互不相溶的水相單體以及油相單體在水油界面處發生縮聚反應，形成一層超薄的致密選擇層，從而實現選擇分離的作用。針對復合納濾膜，水相單體采用哌嗪(PIP)，油相單體主要采用均苯三甲酰氯(TMC)；針對復合正滲透膜/復合反滲透膜，水相單體采用間苯二胺(MPD)，油相單體主要采用均苯三甲酰氯(TMC)。界面聚合法與其他方法相比突出的優點為：1.水油界面處形成的選擇層非常薄。2.兩項單體一旦接觸就可以快速發生反應，在形成選擇層之后，單體的擴散會受到阻礙進而影響擴散速度。界面聚合反應由于是一種自限性的反應，因此過程是可靠的。

針對目前傳統超薄復合膜(TFC)存在的通量截留率不高、易污染的問題，研究者們通過引入納米材料到聚酰胺超薄選擇層中制備超薄納米復合膜(TFN)。傳統的無機納米材料例如沸石、二氧化硅、二氧化鈦、氮化硼等在提高水通量的同時會帶來截留率的下降。而引入多孔材料例如金屬有機框架材料等，雖然能夠為水分子的傳輸提供更多的通量，但是這些非選擇性的孔道也會給鹽離子通過的機會。除此之外，在TFC膜表面涂覆或接枝聚乙二醇、多巴胺或兩性離子等親水性物質在一定程度上能夠增強膜表面親水性，但同時也會導致膜厚的增加進而降低膜的滲透性。

二硫化鉬(MoS₂)是黑色固體粉末，有金屬光澤。研究者們采用分子模擬的方法發現單片層的MoS₂具有良好的截鹽率，制備的MoS₂膜比相同條件下制備的氧化石墨烯膜截鹽率高3～5倍。然而，TFC膜存在“trade-off”現象，即截鹽率和水通量之間存在此升彼降的矛盾關系。傳統的MoS₂納米復合膜雖然具有較高的截鹽率，但是水通量卻較低。

發明內容

本發明旨在提供一種能夠打破傳統二維納米復合膜存在的“trade-off”現象、實現截鹽率和水通量同步提升的氧化二硫化鉬二維納米復合膜制備方法。

鑒于目前傳統的TFC復合膜存在“trade-off”的問題，本發明通過將商業的MoS₂進行氧化剝離，生成親水性以及帶負電的氧化二硫化鉬(O-MoS₂)，并將其通過界面聚合法引入超濾基膜中制備二維納米復合膜，從而打破了截鹽率和水通量之間的“trade-off”現象，實現選擇性和滲透性同步提升，并增強膜的抗污染性能。基于此，完成了本發明。

具體地，本發明提供了一種氧化二硫化鉬的制備方法，該方法包括以下步驟：將二硫化鉬、硝酸鈉與硫酸溶液于室溫下攪拌反應，于冰浴條件下往所得攪拌反應產物中加入高錳酸鉀，加完高錳酸鉀之后于10～80℃下繼續攪拌直至溶液變成棕色，接著于冰浴條件下往所得產物中加入水，然后于室溫條件下加入雙氧水繼續攪拌直至溶液變黃，固液分離，固體產物進行超聲剝離后干燥，即得所述氧化二硫化鉬。

進一步的，相對于3g的二硫化鉬，硝酸鈉的用量為0.1～5g，硫酸溶液的用量為10～100mL，高錳酸鉀的用量為1～20g，水的用量為30～200mL，雙氧水的用量為1～20mL。進一步的，于室溫下攪拌反應的時間為3～20小時。