[發(fā)明專利]一種高通量光催化膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310400798.8
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116459679A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 覃曉君;劉志鵬;楊朝美;劉嘉欣;張曉玲;楊軼洲;尹圣榮;金秋雨;葉征妮;鄭滸;趙思邈;劉永聰;曾廣勇;程曉婕;蒲生彥
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D65/02;C02F1/30;C02F1/44;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明構(gòu)筑出了一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高滲透通量、具有光催化性能等性能全面的新型高通量光催化膜。通過LiF和HCl混合溶液對MAX進行剝離，得到片層結(jié)構(gòu)的二維MXene材料；通過溶劑熱的化學方法，制NM88B@MXene粉末。將NM88B@MXene粉末加入去離子水超聲分散，通過真空抽濾的方式在CA膜基材上構(gòu)筑出NM88B@MXene復合膜，將其用于工業(yè)廢水中染料的處理。本發(fā)明探究了NM88B@MXene復合膜中復合材料的染料去除性能。從改善膜材料本身結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提高膜的處理效率和循環(huán)使用性，從而達到降低工業(yè)廢水處理成本的現(xiàn)實目的。本發(fā)明創(chuàng)造性的制備了一種全新的高通量、抗污染光催化膜，大大提高了水處理效率，從源頭上解決的膜污染問題，進一步拓寬了MXene和Fe?MOFs的使用范圍。

技術領域

本發(fā)明屬于膜分離技術領域，具體公開了一種高通量光催化膜的制備方法以及采用該制備方法制得的高通量光催化膜。

背景技術

目前染料被廣泛地應用于紡織、造紙、印刷、食品和化妝品等行業(yè)。染料工業(yè)的發(fā)展導致染料廢水產(chǎn)量日益增長，如果直接排放將對周圍生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了巨大的威脅。膜分離技術具有操作簡便、效率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點，目前已廣泛用于工業(yè)廢水等領域。膜材料的開發(fā)和制備一直是膜分離研究中的重點和難點之一。傳統(tǒng)的膜材料抗污染性能差，分離過程中污染物易在膜表面和層間吸附并沉積，導致傳質(zhì)通道堵塞，降低使用壽命，制約其實際應用。因此，開發(fā)具備高通量、高抗污性能的新型膜材料具有較強的實際意義。

由于二維材料獨特的理化性質(zhì)，以其為基材開發(fā)的高性能分離膜，往往可以同時兼顧滲透性和選擇性。MXene是一種新型的二維過渡金屬碳化物或碳氮化物，其化學通式可表示為M_n+1X_nT_x(其中M為早期過渡金屬元素，X代表碳或氮元素，T則為表面附著的活性基團)。與石墨烯基材料相比，MXene不僅同樣具有高比表面積、高導電率等特點，而且其層間距和組分可調(diào)可控。表面豐富的-OH、-O等官能團賦予了MXene更優(yōu)良的反應活性與親水性。以MXene為基材構(gòu)筑的納米復合膜，具有很強的可塑性和柔韌性，現(xiàn)已成為開發(fā)新型膜材料的一個全新思路。例如，華南理工大學王海輝教授課題組通過真空抽濾的方法在陽極氧化鋁(AAO)基材上構(gòu)筑出二維MXene膜，并采用氫氧化鐵納米顆粒對其進行造孔處理。研究結(jié)果表明，該二維膜的滲透通量高達1000L/(m²·h·bar)，對水中粒徑大于2.5nm的污染物截留率超過90％。故而，二維材料MXene在構(gòu)筑高通量膜，打破膜領域分離性與滲透性之間的trade-off效應上，具有廣闊的前景。

Kadja課題組報道新型氯化鹽改性MXene膜的制備方法。采用LiF-HCl混合溶液刻蝕MAX相，制備MXene納米片。通過真空輔助過濾將0.2mg·mL^-1的MXene懸浮液(2.0mg·cm^-2)沉積在平均孔徑為0.22μm的混合纖維素酯(MCE)基底膜上。然后，通過真空過濾的方法，采用10mL的1M氯化鹽溶液(NaCl、KCl和MgCl₂)對沉積在MCE上的MXene進行改性，制備改性MXene膜。但該分離膜的通量提升效果并不明顯(70～100L·m^-2·h^-1)，限制了其在實際水處理的應用。此外，鹽改性MXene膜具有一定的抗污性能，但無法原位去除污染物，重復利用率低，在實際應用過程中難以實現(xiàn)理想的污染物去除效果。