一种二氧化钛纳米线‑金属丝网复合膜的制备方法技术

本发明专利技术的一种二氧化钛纳米线‑金属丝网复合膜的制备方法属于无机膜分离材料技术领域，先将金属丝网清洗晾干置于过滤装置中，把新制的二氧化钛纳米线分散液倾倒至金属丝网上，抽滤或自然沉积到金属丝网上，待溶剂全部滤出后，取出金属丝网，在25℃、90％RH的恒温恒湿条件下干燥；在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至500～1000℃烧结2～24小时，得到二氧化钛纳米线‑金属丝网复合膜。本发明专利技术将金属丝网与二氧化钛纳米线有机结合起来，制备的复合膜可以实现对油水混合物以及乳化油的分离，复合膜的厚度可调控，重复使用率高，膜通量大，截留率高，膜可再生，可实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜的制备方法
本专利技术属于无机膜分离材料
，具体涉及利用二氧化钛纳米线制备耐酸耐碱高性能的二氧化钛‐金属丝网复合膜。
技术介绍
二氧化钛膜在光催化、自清洁、膜分离等领域有着非常广泛的应用，二氧化钛纳米线在不需要任何表面修饰的情况下具有良好的亲水性和水下疏油性，这使得二氧化钛纳米线在油水分离领域有着巨大的应用潜力。随着生活含油污水的不断排放，以及海洋漏油事件频发，油水分离技术在污水处理方面发挥出越来越重要的作用。目前，已经有许多前人的工作，通过利用氧化物或者分子筛和金属网复合来制备金属‐陶瓷复合膜，从而实现油水分离。例如，于吉红等人在不锈钢丝网上生长了一层分子筛，制备成了良好的油水分离膜，油水分离效果可以达到ppm级[Chem.Sci.,2013,4,591‐595]；CailongZhou等人在钛金属网丝上原位生长了一层无定型的二氧化钛纳米线，实现了油水混合物的分离[ChemicalEngineeringJournal,301(2016),249‐256]。然而，金属‐陶瓷复合膜也暴露出诸多问题，如制备工艺繁琐，需要表面接枝改性才能实现超亲水和水下超疏油，这无疑增加了金属‐陶瓷复合膜的制备成本。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提供一种二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜的制备方法和用途。利用不同直径的二氧化钛纳米线分散液在金属丝网上沉积一层很薄的二氧化钛纳米线膜，之后在高温下烧结。具体的技术方案如下：一种二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜的制备方法，先将金属丝网分别用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤两次，自然晾干备用；再取直径为5～200nm的二氧化钛纳米线，分散在无水乙醇中，超声处理1～5分钟，配置成质量浓度为0.01g/L～1000g/L的二氧化钛纳米线分散液；将晾干的金属丝网置于过滤装置中，把新制的二氧化钛纳米线分散液倾倒至金属丝网上，抽滤或自然沉积到金属丝网上，待溶剂全部滤出后，取出金属丝网，在25℃、90％RH的恒温恒湿条件下干燥；在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至500～1000℃烧结2～24小时，得到二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜。所述的二氧化钛纳米线的用量，优选为每平方厘米使用0.2mg～5mg，在此优选范围之外，小于0.2mg/cm2，纳米线不能完全覆盖丝网；所述的自然沉积，是指将金属丝网置于抽滤装置中，将二氧化钛纳米线乙醇分散液倾倒至金属丝网上之后，不用真空泵抽真空过滤，而是采用重力自然沉降。所述的烧结温度，优选为600～900℃；烧结环境为空气、真空、氩气、氮气、氢气气氛等；烧结温度过低，纳米线与不锈钢丝网的结合力不强；烧结温度过高，会导致纳米线发生相变。所述的升温速度，优选为0.25～1℃/分钟；升温速度过快，会导致纳米线发生断裂。本专利技术的优点以及积极效果：不锈钢丝网具有强度大、通量高、耐腐蚀等特点。本专利技术所选用的不锈钢丝网具有保护层，可以有效阻止丝网上面纳米线的损坏。而二氧化钛纳米线具有超亲水、耐腐蚀、抗菌、比表面积大、自清洁等诸多优良性能。本专利技术将二者有机结合起来，使得所制备的二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜可以实现对油水混合物以及乳化油的分离。该复合膜的厚度可调控，重复使用率高，膜通量大，截留率高，膜可再生，可实现工业化生产。附图说明图1:本专利技术实施例3所使用的不锈钢丝网圆片的实物照片。图2：本专利技术实施例4中在不锈钢丝网上沉积0.2mg/cm2的100nm二氧化钛纳米线的照片。图3:本专利技术实施例2所使用的不锈钢丝网圆片的扫描电子显微镜照片。图4：本专利技术实施例4中在不锈钢丝网上沉积0.2mg/cm2的100nm二氧化钛纳米线的扫描电镜照片。图5：本专利技术实施例6中在不锈钢丝网上沉积1.4mg/cm2的100nm二氧化钛纳米线的扫描电镜照片。图6：本专利技术实施例6中在不锈钢丝网上沉积1.4mg/cm2的100nm二氧化钛纳米线的放大至2000倍的扫描电镜照片。图7：本专利技术实施例1所制得的100nm二氧化钛纳米线在200℃和600℃时的XRD谱图，其中200℃对应的是TiO2(B)相的衍射峰，600℃对应的是锐钛矿相的衍射峰。图8：本专利技术实施例8中的环己烷、甲苯、硅油、豆油、四氯化碳的水下接触角图。所测的各种油滴的水下接触角均大于150°。说明所制得的复合膜为水下超疏油膜。图9:本专利技术、实施例10、实施例11、实施例12所使用的油水分离装置的照片；图10：本专利技术实施例9所测试的纯水通量图。图11：本专利技术实施例10中的油水混合物分离过程前的照片。图12：本专利技术所述的实施例10中的油水混合物分离稳定后的照片。图13：本专利技术实施例11中分离前乳化油的照片。图14:本专利技术实施例11中分离后滤液的照片。图15:本专利技术实施例11中分离前乳化油的显微镜照片。图16:本专利技术实施例11中分离后滤液的显微镜照片。具体实施方式实施例1取0.3gP25,置于70ml10M的NaOH溶液中，充分搅拌30分钟后。装入100ml反应釜中，在200℃下反应4天。冷却至室温后取出。在得到的钛酸钠中加入200ml10M的硝酸进行离子交换，磁力搅拌2小时。重复2次。得到的钛酸离心分离出以后，用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤三次，备用。该条件下制备得到的纳米线直径在100nm左右，其在200℃和600℃的XRD图谱如图7所示。实施例2取0.3gP25,置于70ml10M的NaOH溶液中，充分搅拌30分钟后。装入100ml反应釜中，在150℃反应4天。冷却至室温后取出。在得到的钛酸钠中加入200ml10M的硝酸进行离子交换，磁力搅拌2小时。重复2次。得到的钛酸离心分离出以后，用去离子水洗涤2次，乙醇洗涤三次，备用。该条件下制备得到的纳米线直径在10nm左右。实施例3取规格为30mm*2mm的不锈钢丝网圆片分别用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤两次，自然晾干，备用，实物照片和扫描电镜照片分别如图1、图3所示。实施例4取1mg实施例1制备的100nm二氧化钛纳米线，加入100ml无水乙醇，超声1分钟，在实施例3所述的不锈钢片上自然沉积，置于温度为25℃、相对湿度为90％RH的环境下干燥12小时。将干燥好的不锈钢丝网在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/min的升温速度升温至500℃烧结2～6小时，得到二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜，实物照片和扫描电镜照片分别如图2、图4所示，二氧化钛纳米线的面密度为0.2mg/cm2。实施例5取3mg实施例1所述的100nm二氧化钛纳米线，加入100ml无水乙醇，超声1分钟，在实施例3所述的不锈钢片上自然沉积，置于温度为25℃、相对湿度为90％RH的恒温恒湿箱中，干燥12小时。将干燥好的不锈钢丝网在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/min的升温速度升温至500℃烧结2～6小时，得到二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜。实施例6取10mg实施例1所述的100nm二氧化钛纳米线，加入100ml无水乙醇，超声1分钟，在实施例3所述的不锈钢片上自然沉积，置于温度为25℃、相对湿度为90％RH的恒温恒湿箱中，干燥12小时。将干燥好的不锈钢丝网在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/min的升温速度升温至5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜的制备方法，先将金属丝网分别用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤两次，自然晾干备用；再取直径为5～200nm的二氧化钛纳米线，分散在无水乙醇中，超声处理1～5分钟，配置成质量浓度为0.01～1000g/L的二氧化钛纳米线分散液；将晾干的金属丝网置于过滤装置中，把新制的二氧化钛纳米线分散液倾倒至金属丝网上，抽滤或自然沉积到金属丝网上，待溶剂全部滤出后，取出金属丝网，在25℃、90％RH的恒温恒湿条件下干燥；在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至500～1000℃烧结2～24小时，得到二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜的制备方法，先将金属丝网分别用丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤两次，自然晾干备用；再取直径为5～200nm的二氧化钛纳米线，分散在无水乙醇中，超声处理1～5分钟，配置成质量浓度为0.01～1000g/L的二氧化钛纳米线分散液；将晾干的金属丝网置于过滤装置中，把新制的二氧化钛纳米线分散液倾倒至金属丝网上，抽滤或自然沉积到金属丝网上，待溶剂全部滤出后，取出金属丝网，在25℃、90％RH的恒温恒湿条件下干燥；在100℃下保持1～2小时后，以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至500～1000℃烧结2～24小时，得到二氧化钛纳米线‐金属丝网复合膜。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞广生，康玉堂，焦世惠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22