[發明專利]用于油水分離的石墨相C3

在審

• 申請號: 202110575263.5
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113289496A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉波;儲潤潤
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02;B01D71/36;C02F1/44
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發明公開一種用于油水分離的石墨相C₃N₄納米片二維膜及其制備方法。所述方法包括：(1)石墨相C₃N₄粉末的制備；(2)石墨相C₃N₄?硫酸復合材料懸濁液的制備；(3)石墨相C₃N₄和石墨相C₃N₄?硫酸復合材料薄膜的制備。本發明的石墨相C₃N₄納米片的分散性更好，其膠體水溶液至少可以保持6個月的穩定而不發生團聚，通過真空抽濾法制得膜的均一性可以得到控制，該二維膜在水相體系中具有更好的熱穩定和化學穩定性，以嵌入硫酸根陰離子調控的層間距穩定不易坍塌，保證了分子通道的暢通與較大的分離通量。

技術領域

本發明公開用于油水分離的石墨相C₃N₄納米片二維膜及制備方法，屬于膜分離技術領域。

背景技術

隨著全球工業活動的快速發展，人類產生的污水量日益增加，這些工業或生活廢水中通常含有大量的油、有機染料、表面活性劑、蛋白質等污染物，需要經過分離凈化處理之后才能安全地排放到環境中。其中油水分離，尤其是油水混合乳液的分離一直是廢水處理中的熱點問題。目前的油水分離技術主要有重力沉降法，吸附法，空氣浮選法，凝結法，離心法，電化學和光催化處理法等，但這些技術各自都有其局限性，比如耗能高，耗時長，占地面積大，分離效率低，二次污染等問題。因此尋求一種簡易高效的油水分離方法一直是研究的熱點問題。

近年來，膜分離處理技術以其簡單高效、環境友好、耗能低、易于連續操作等優點受到人們的越來越多的關注。當前分離膜種類繁多，主要分為高分子聚合物膜和無機物膜。高分子聚合物膜具有結構易調控、加工操作簡單、價格低廉以及柔韌性好等優點，而且制膜技術豐富，所以高分子聚合物膜成為目前最常用的商業膜，但這種有機膜存在著固有的缺陷，例如易結垢、機械強度差以及熱和化學穩定性差，所以無法廣泛應用于工業生產中。在聚合物膜的穩步發展的同時，具有優異的化學和物理性能，高可調性和可重復使性的無機膜也越來越引起人們的關注，但無機膜在使用過程中存在脆性高、制備復雜、成本高等局限性，并且無機膜使用后需通過化學試劑的清洗才能繼續使用，容易造成二次污染，所以在特定行業或實驗室中使用較多。石墨烯以其優異的物理和化學性質，被廣泛應用于離子分離、氣體分離以及海水蒸餾和淡化等分離領域。氧化石墨烯(GO)作為重要的石墨烯衍生物之一，也是具有單層原子厚度的二維納米材料，與石墨烯相反，GO膜表面是親水的，主要是由于羧基、羥基以及環氧基等極性含氧官能團的存在。但石墨烯這類薄膜材料存在以下問題：(1)石墨烯基材料分散性不好，難以大量生產且易團聚；(2)石墨烯基膜的均一性的控制；(3)水相體系中，石墨烯基膜的結構和組成穩定性。

作為類石墨烯的二維材料，石墨相C₃N₄(GCN)同樣具有豐富可調的二維孔道網絡結構，這意味著水分子可以自由通過。另外，共軛骨架中未聚合的-NH和-NH₂基團可能會使GCN納濾膜更加穩定，因為酰氯和胺可以很容易發生反應。另一方面，GO膜在水中非常不穩定，不同濕度的大氣環境都會引起層間距的變化，使結構調控和性能穩定變得更加棘手。相比之下，GCN膜具有非常出色的熱穩定性和化學穩定性，可在一定程度上對環境變化保持惰性，這也為GCN分離膜的實際應用打下基礎。

發明內容

有鑒于此，本發明提供用于油水分離的石墨相C₃N₄納米片二維膜及制備方法。通過一種簡單的合成技術，以硫酸根離子嵌入質子化的石墨相C₃N₄(GCN)納米片層來調控層間通道，在基底膜上負載該GCN二維納米片，制備一種可以高效油水分離的膜材料，得到高純度的分離水，解決現實生活中面臨的水污染問題。