[發(fā)明專利]一種基于納米零價銅改性碳納米管濾膜的制備及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110047644.6
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112827366B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 劉艷彪;鄭文天;胡雪梅;李方;楊波;郭東麗;李墨華;靳麗敏;任伊凡;伍皖湘;李若
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/02;B01D71/36;C02F1/461;C02F1/467;C02F101/30
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開了一種基于納米零價銅改性碳納米管濾膜的制備及其應用。本發(fā)明中nZVC?CNT濾膜制備方法為：首先用濃硝酸處理原始多壁CNT，將羧基官能團引入CNT表面；再將經(jīng)處理的酸化CNT粉末溶于1?甲基?2?吡咯烷酮中超聲，使之分散均勻，將得到的分散液真空抽濾到聚四氟乙烯支撐膜上；最后，通過過濾CuCl₂溶液，將Cu²⁺接枝到膜的羧基上，用去離子水洗滌以去除物理吸附的Cu²⁺后，NaBH₄溶液進一步流過CNT?COOCu²⁺網(wǎng)絡以實現(xiàn)Cu²⁺原位還原為Cu⁰，制成nZVC?CNT濾膜。將nZVC?CNT濾膜用于電催化過濾系統(tǒng)，在外加電壓和PMS的作用下，能實現(xiàn)對水體中的典型有機污染物進行超快降解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于納米零價銅改性碳納米管濾膜的制備及其應用，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以單過氧硫酸鹽(PMS)為基礎(chǔ)的高級氧化工藝(AOPs)已被廣泛應用于水中有機污染物的降解，其中涉及到自由基和非自由基路徑。自由基機制一般通過外部能量(例如，光、電和熱)或通過PMS的單電子還原反應裂解PMS上的O-O鍵生成硫酸根自由基(SO₄^·-)和/或羥基自由基(·OH)。相反，在非自由基途徑中，有機物充當電子供體，將電子直接傳遞給表面活化的PMS催化劑復合體(電子受體)，通過電荷遷移過程導致污染物氧化或催化劑與PMS反應生成單線態(tài)氧(¹O₂)。目前，過渡金屬是活化PMS的主要方式。例如：發(fā)明專利(CN110180573-A)提供了一種利用鈷鐵氧化物摻雜氮化碳催化劑活化PMS的方法，發(fā)明專利(US2009304810-A1)利用包含鈷、釕、釩、鐵、鈰、錳、鎳等過渡金屬催化劑活化PMS來處理水溶液。但由于這些金屬的毒性強且易團聚，因此很難在水體修復中得到廣泛應用。相對于上述方法，由于金屬銅，特別是納米零價銅(nZVC)的毒性低、活性高且適用于寬pH范圍，因此，利用nZVC作為活化PMS的催化劑是一種更具前景且更為方便可行的方法。然而，對于銅基催化劑活化PMS體系在實際應用中仍有兩個普遍存在的問題：(1)Cu²⁺/Cu⁺循環(huán)動力學緩慢；(2)納米催化劑難以回收利用。

首先，從循環(huán)動力學的角度來看，由于Cu²⁺向Cu⁺轉(zhuǎn)化動力學較慢，導致反應動力學和降解效率較低。這是由于從催化劑表面溶解到溶液中的Cu²⁺不可避免的損失造成的。雖然通過添加小分子還原劑(例如羥胺)可有效加速價態(tài)循環(huán)，但需要消耗額外的化學試劑。最近有研究者開發(fā)了幾種用于活化PMS的nZVC催化劑，但由于穩(wěn)定性差以及對后分離和再生的要求，這些納米催化劑很難用于實際應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的nZVC催化劑穩(wěn)定性差、難以回收再利用且nZVC催化劑中的銅元素循環(huán)動力學緩慢的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于納米零價銅改性碳納米管濾膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：首先用濃硝酸處理原始多壁碳納米管，將羧基官能團引入碳納米管表面，得到CNT-COO^-；

步驟2：將CNT-COO^-溶于1-甲基-2-吡咯烷酮中超聲，使之分散均勻；

步驟3：將步驟2得到的分散液真空抽濾到聚四氟乙烯支撐膜上，制得CNT-COO^-膜；