一种基于阴离子表面活性剂/UIO-66衍生碳复合纳滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阴离子表面活性剂/UIO

【技术实现步骤摘要】
一种基于阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生碳复合纳滤膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳滤膜制备
，特别是涉及一种基于阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生 碳复合纳滤膜的制备方法。

技术介绍

[0002]用于去除多价盐和小分子染料的纳滤(NF)膜，已广泛应用于污水处理、市政供水、分 盐以及染料脱除等领域。目前，较为成熟的纳滤膜制备工艺是通过界面聚合反应(IP)在超 滤/微滤(UF/MF)基底上形成聚酰胺选择层以制备薄膜复合(TFC)膜。然而，由于“tradeoff(权衡)”效应的影响，虽然TFC膜对多价盐离子具有较好的截留效果，但是水渗透性较 低，使NF膜的推广应用受到限制。
[0003]界面聚合成膜是基于Schotten
‑
Baumann(肖滕
‑
鲍曼)反应，在水/有机界面上进行PIP (哌嗪)/水相和TMC(1,3,5
‑
苯三甲酰氯)/有机相之间的不可逆生长聚合，这种不受控制 且速度极快的反应很容易产生较厚的PA(聚酰胺)层(100
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200nm)。一种可行的改性方法 是添加纳米多孔材料，如MOF(金属
‑
有机骨架)、碳纳米管和COF(覆晶薄膜)等，具有 合适孔径的纳米多孔材料会在PA层中形成利于水分子通过的传输通道，在保持无机盐截留 率基本不变的前提下较大程度的提升渗透性能。然而，纳米多孔材料的过量加入势必会引起 非选择性缺陷的产生，且对于具有羧酸配体的MOF材料，存在水稳定性和耐碱性差的问题， 极大地限制了MOF材料在纳滤膜制备中的作用。
[0004]近年来，一些MOF被用作前驱体，在保持原有形态和结构的同时，具有制备尺寸可控 的衍生碳纳米材料已被广泛应用于吸附、催化和电化学等领域。然而，MOF衍生碳材料在 纳滤膜领域的应用未见相关报道。此外，Zr基金属有机框架UIO
‑
66由于较好的八面体结构 和合适的孔道直径作为常用的膜改性纳米材料一直是研究的热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有技术中纳滤膜水通量较低的问题，提供了一种基于阴离子表面活性剂 /UIO
‑
66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，该方法将UIO
‑
66衍生碳纳米材料应用于纳滤膜制备 领域，并采用将UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒经阴离子表面活性剂修饰后制备C
‑
TFC复合纳滤膜， 使得由该方法制备的高性能复合纳滤膜的PA层厚度较薄且均匀，且分离层上具有较多褶皱 形貌，有效渗透面积大，与未引入阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒的纳滤膜相比， 在保证二价盐截留率的情况下具有更大的渗透通量和优异的无机盐分离性能，突破了传统的
ꢀ“
trade off”效应，为高性能纳滤膜的制备提供了新途径，使其在膜分离
具有良好 的应用价值和前景。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种基于阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生碳复合纳滤膜的制备方 法，包括如下步骤：
[0007](1)将对苯二甲酸溶液、氯化锆盐溶液和冰乙酸混合反应，得到UIO
‑
66；
[0008](2)在一定温度下煅烧所述UIO
‑
66，得到ZrO2纳米颗粒；
[0009](3)将ZrO2纳米颗粒通过氢氟酸洗涤、干燥，得到UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒；
[0010](4)将UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒分散于含有阴离子表面活性剂的水溶液中，得到阴离子 表面活性剂/C
‑
UIO
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66悬浮液；
[0011](5)将所述阴离子表面活性剂/C
‑
UIO
‑
66悬浮液抽滤在聚砜(PSF)膜表面，得到C
‑
PSF 复合超滤膜；
[0012](6)在C
‑
PSF复合超滤膜上进行界面聚合反应，制得所述基于阴离子表面活性剂 /UIO
‑
66衍生碳的复合纳滤膜。
[0013]在本专利技术中，为了提高纳滤膜的渗透通量和稳定性，将UIO
‑
66纳米颗粒在高温下煅烧， 经酸洗后得到具有正八面体形貌的UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒，经阴离子表面活性剂修饰后， 通过抽滤的方式预沉积在PSF基膜表面上，最后在负载C
‑
UIO
‑
66纳米颗粒的PSF膜表面进 行界面聚合反应制备C
‑
TFC复合纳滤膜。本专利技术的优势在于：(1)将UIO
‑
66衍生碳纳米材 料用于分离膜制备，在保持UIO
‑
66原有形态、结构以及尺寸可控等优点外，较好的避免了 UIO
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66纳米材料在溶液中容易水解的问题；(2)带有电负性的阴离子表面活性剂/C
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UIO
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66 纳米颗粒通过影响水相单体释放速率从而控制界面聚合反应，使得制备的复合纳滤膜具有较 薄的PA层；(3)C
‑
UIO
‑
66纳米颗粒的预沉积为界面聚合提供了粗糙的基底，使得制备的纳 滤膜PA层具有较多的褶皱结构，从而提升了有效渗透面积。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中，对苯二甲酸溶液与氯化锆盐溶液的体积比为1:1，所述冰 乙酸的添加量与对苯二甲酸溶液和氯化锆盐溶液的混合液体积比为1:5～25；在水热温度为 120～160℃的恒温条件下水热反应8～20小时；
[0015]所制备的UIO
‑
66纳米颗粒尺寸为60～400nm，UIO
‑
66纳米颗粒为规则的八面体形貌。
[0016]更进一步地，所述对苯二甲酸溶液为8mg/mL的二甲基甲酰胺(DMF)溶液，氯化锆 盐溶液为6mg/mL的二甲基甲酰胺(DMF)溶液。
[0017]进一步地，所述步骤(2)中，在管式炉中N2气氛、600～1000℃温度下进行煅烧，升温 速率为5～8℃/min，煅烧时间为2～3小时。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中，氢氟酸的洗涤时间为4～10小时，干燥温度为100～150℃， 所制备的UIO
‑
66衍生碳(C
‑
UIO
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66)纳米颗粒粒径为50～350nm。
[0019]进一步地，所述步骤(4)中，阴离子表面活性剂与UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒的质量比为 2.5～12.5：1。
[0020]更进一步地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯 磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、α
‑
烯基磺酸钠中的一种。
[0021]进一步地，所述步骤(5)中，悬浮液抽滤体积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阴离子表面活性剂/UIO
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66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将对苯二甲酸溶液、氯化锆盐溶液和冰乙酸混合反应，得到UIO
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66；(2)在一定温度下煅烧所述UIO
‑
66，得到ZrO2纳米颗粒；(3)将ZrO2纳米颗粒通过氢氟酸洗涤、干燥，得到UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒；(4)将UIO
‑
66衍生碳纳米颗粒分散于含有阴离子表面活性剂的水溶液中，得到阴离子表面活性剂/C
‑
UIO
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66悬浮液；(5)将所述阴离子表面活性剂/C
‑
UIO
‑
66悬浮液抽滤在聚砜膜表面，得到C
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PSF复合超滤膜；(6)在C
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PSF复合超滤膜上进行界面聚合反应，制得所述基于阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生碳的复合纳滤膜。2.根据权利要求1所述的基于阴离子表面活性剂/UIO
‑
66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对苯二甲酸溶液与氯化锆盐溶液的体积比为1:1，所述冰乙酸的添加量与对苯二甲酸溶液和氯化锆盐溶液的混合液体积比为1:5～25；在水热温度为120～160℃的恒温条件下水热反应8～20小时；所制备的UIO
‑
66纳米颗粒尺寸为60～400nm，UIO
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66纳米颗粒为规则的八面体形貌。3.根据权利要求2所述的基于阴离子表面活性剂/UIO
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66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述对苯二甲酸溶液为8mg/mL的二甲基甲酰胺溶液，氯化锆盐溶液为6mg/mL的二甲基甲酰胺溶液。4.根据权利要求1所述的基于阴离子表面活性剂/UIO
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66衍生碳复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在管式炉中N2气氛、600～1000℃温度下进行煅烧，升温速率为5～8℃/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，霍晓文，常娜，邵伟，贾彦军，荆兆敬，郭紫阳，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：