[發(fā)明專利]銅單原子負(fù)載型膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210173418.7
• 申請(qǐng)日: 2022-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114632426A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;B01D69/12;C02F1/44;C02F1/72;B01D69/02;B01J23/72;B01J35/06;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 高益秀;劉芳

本發(fā)明提供一種銅單原子負(fù)載型膜及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法包括：(1)使膜基體與含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑接觸進(jìn)行改性，得到改性膜基體；(2)使改性膜基體與含有銅源的溶液接觸反應(yīng)，得到中間體膜；(3)使所述中間體膜與抗壞血酸接觸反應(yīng)，得到銅單原子負(fù)載型膜。本發(fā)明能夠提高水體凈化效率，尤其可提高有機(jī)物的去除率，且具有易操作、無(wú)二次污染、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水體處理領(lǐng)域，具體涉及一種銅單原子負(fù)載型膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化發(fā)展，水污染問(wèn)題已受到廣泛關(guān)注。染料、抗生素、農(nóng)藥等有毒化學(xué)品通常可在水體中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，危害較大，有效凈化水體對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)保等方面均具有重要意義。

膜分離技術(shù)是常見(jiàn)的水體凈化技術(shù)，通常可包括微濾、超濾、納濾和反滲透等，其主要是基于膜材料的理化性質(zhì)，通過(guò)物理尺寸篩分效應(yīng)和電荷排斥分離機(jī)制，使水與污染物等溶質(zhì)分離，達(dá)到去除污染物、實(shí)現(xiàn)水體凈化的目的，但大多數(shù)膜分離工藝難以有效去除具有低分子量和中性電荷的污染物，高級(jí)氧化水處理工藝主要是通過(guò)氧化水體中的有機(jī)污染物(如染料、農(nóng)藥等)，實(shí)現(xiàn)水體中污染物的去除，然而，高級(jí)氧化水處理工藝要求高(如通常要求低pH)，易產(chǎn)生二次污染，且適用范圍窄，同時(shí)還存在催化劑易團(tuán)聚、催化效率不穩(wěn)定、效率低以及催化劑再生利用難等問(wèn)題，不利于工業(yè)化應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)適用于處理含有機(jī)污染物水體的膜及相應(yīng)的水體處理工藝，提高水體凈化效率，并簡(jiǎn)化工藝流程、避免二次污染，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種銅單原子負(fù)載型膜及其制備方法和應(yīng)用，能夠提高水體凈化效率，尤其可提高酚類等有機(jī)物的去除率，且具有易操作、無(wú)二次污染、效率高等優(yōu)點(diǎn)，有效克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。

本發(fā)明的一方面，提供一種銅單原子負(fù)載型膜的制備方法，包括：(1)使膜基體與含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑接觸進(jìn)行改性，得到改性膜基體；(2)使改性膜基體與含有銅源的溶液接觸反應(yīng)，得到中間體膜；(3)使所述中間體膜與抗壞血酸接觸反應(yīng)，得到銅單原子負(fù)載型膜。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述膜基體包括聚合物膜和/或無(wú)機(jī)陶瓷膜；和/或，所述膜基體包括納濾膜、微濾膜、超濾膜中的至少一種；和/或，所述含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑包括(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷；和/或，所述改性的條件為：在真空條件下進(jìn)行，溫度為30～50℃，時(shí)間為10～30min。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述聚合物膜包括聚酰胺、纖維素、聚醚砜中的至少一種；和/或，所述無(wú)機(jī)陶瓷膜包括氧化鋁、氧化硅、氧化鈦和氧化鋯中的至少一種；和/或，進(jìn)行所述改性的過(guò)程包括：將所述膜基體置于基板上，在30～50℃和真空條件下，從所述膜基體背離所述基板的一面向所述膜基體上倒入含有含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑的溶液，倒入結(jié)束后，保持10～30min，然后再用乙醇清洗膜基體，即得到所述改性膜基體。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述含有含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑的溶液包括含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑和溶劑，含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑的質(zhì)量與溶劑的體積之比為0.1～5g：100mL；和/或，所述含有含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑的溶液包括含巰基基團(tuán)的偶聯(lián)劑和溶劑，所述溶劑包括乙醇。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，以銅元素計(jì)，所述含有銅源的溶液中銅源的濃度為0.1～2mol/L；和/或，所述銅源包括硫酸銅、氯化銅和硝酸銅中的至少一種；和/或，所述改性膜基體與含有銅源的溶液接觸反應(yīng)的過(guò)程包括：(021)向所述改性膜基體上倒入含有銅源的溶液，然后室溫反應(yīng)10～50min，再用水沖洗；(022)重復(fù)2～5次步驟(021)，得到中間體膜；和/或，所述改性膜基體與含有銅源的溶液接觸反應(yīng)在低速振蕩器產(chǎn)生的振蕩狀態(tài)下進(jìn)行，所述低速振蕩器的振蕩速度滿足50～150r/min。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，步驟(3)中，使所述中間體膜置于抗壞血酸溶液中進(jìn)行接觸反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，在60～80℃烘干，得到所述銅單原子負(fù)載型膜；其中，所述抗壞血酸溶液的濃度為0.01～0.1mol/L；和/或，所述中間體膜與抗壞血酸接觸反應(yīng)的條件為：溫度為30～60℃，時(shí)間為6～24h。