CN103585896B - 一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法。利用正丁基锂作为插层分子，通过长时间搅拌进入硫化钼的晶格中；加入水使正丁基锂分解，扩大了硫化钼片层间的距离，通过超声处理将硫化钼分散成单原子层材料。透析除掉多余的杂质，得到提纯干净的硫化钼水溶液。将获得的硫化钼水溶液通过真空抽滤的方法获得层状硫化钼纳米片分子分离膜。膜的厚度通过使用的硫化钼水溶液的体积调节。本发明利用单原子层材料堆叠成膜的方法获得一种分子选择性分离膜，材料制备方法简单，成本低廉，所获得薄膜对不同分子具有尺寸选择性分离的性能。

Description

一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法

技术领域

本发明涉及分离膜的制备方法，尤其涉及一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法。

技术背景

液体分离膜是现代水处理工业中的一种重要材料。目前在水处理工业上广泛使用的基于高分子材料的液体分离膜，但是其制备方法复杂，成本相对较高，机械性能也不理想。因此，开发在具有良好分离性能的同时，还具有方法简单易行，价格低廉，机械性能良好的分离膜具有重要的现实意义。利用二维无机层状材料制备分子尺寸选择性分离膜是近来分离膜领域的一个新的尝试。

二维无机层状材料由于其独特的单原子层厚度在晶体管，光电探测器，光解水，锂离子电池，传感器，催化剂等方面都展现了良好的应用前景。首个二维层状材料氧化石墨烯已经做成机械性能良好的薄膜用于不同尺寸的液体分子的选择性分离，取得了良好的分离性能。同时，其分子选择性的机理也在积极的研究当中。但是，氧化石墨烯作为分离膜的最大缺点就是其通量通常都比较小。而通量是衡量一个分离膜性能的主要指标。因此，我们希望开发出一种既具有良好的选择性，又同时具有比较大的水通量的液体分离膜。

硫化钼作为一种全新的二维层状材料最近受到国内外的广泛关注。目前其主要研究集中在单个单原子层片的光电性能方面。本发明是利用这种新型二维层状材料制备具有尺寸选择性的液体分离膜。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法。

层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法的步骤如下：

1)在无氧除水条件下，将300-500毫克硫化钼粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌24-48小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用300-500毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌3-5分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离，8000-9000rpm离心10-30分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每4-6小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历3-4天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将1-2毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到1.3-2.2微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率10%-20%。

本发明通过化学剥离的方法得到了硫化钼分散液，并用真空抽滤的方法得到硫化钼薄膜。该法成本低，产量大。成膜方式简单，易于大规模制备。得到的硫化钼分离膜性能良好，对3nm的分子其截留率可达到90%以上，通量在240L/m²hbar。该膜有望在分子尺寸选择性分离以及污水净化处理方面获得应用。

附图说明

图1是实施例2中真空抽滤得到的硫化钼薄膜截面的扫描电子显微镜照片

图2是实施例2中真空抽滤得到的硫化钼薄膜表面的扫描电子显微镜照片

图3是实施例2中硫化钼薄膜的X射线衍射图。图中标出了主要的衍射峰所对应的晶面指数。

图4是实施例2中硫化钼薄膜的液体分子分离性能。图中谱线所示的是原始伊文思蓝分子溶液以及通过硫化钼薄膜后收集到的液体的紫外-可见吸收光谱图。

图5是实施例2中硫化钼薄膜的液体分子分离性能。图中谱线所示的是原始细胞色素c分子溶液以及通过硫化钼薄膜后收集到的液体的紫外-可见吸收光谱图。

图6是不同厚度的硫化钼薄膜的分离性能。左侧坐标表示水通量，右侧坐标表示截留率。图上方块点表示细胞色素c的截留率；三角形点表示伊文思蓝的分子截留率；柱状图表示水通量。

图7是硫化钼薄膜的水通量与所加压力之间的关系。

具体实施方式

层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法的步骤如下：

1)在无氧除水条件下，将300-500毫克硫化钼粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌24-48小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用300-500毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌3-5分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离，8000-9000rpm离心10-30分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每4-6小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历3-4天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将1-2毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到1.3-2.2微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率10%-20%。

以下结合实例进一步说明本发明。

实施例1

1)在无氧除水条件下，将300毫克硫化钼粉末加入到3毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌24小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用300毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌3分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离，8000rpm离心10分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每4小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历3天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将1毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到1.3微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率10%。

实施例2

1)在无氧除水条件下，将500毫克硫化钼粉末加入到5毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌48小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用500毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌3-5分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离， 9000rpm离心30分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每6小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历4天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将2毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到2.2微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率20%。

实施例3

1)在无氧除水条件下，将400毫克硫化钼粉末加入到4毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌36小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用400毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌4分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离， 8500rpm离心20分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每6小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历4天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将1.5毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到1.8微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率20%。

Claims (1)

1. 一种层状硫化钼纳米片分子分离膜的制备方法，其特征在于它的步骤如下：

1)在无氧除水条件下，将300-500毫克硫化钼粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基锂的正己烷溶液中，将反应容器密封，常温下搅拌24-48小时，获得已经被插层的硫化钼的正己烷悬浊液，反应液从无氧无水环境中取出；

2)过滤反应液，用300-500毫升正己烷洗涤滤饼，得到半干的粉末；

3)半干的粉末中加入100毫升水，搅拌3-5分钟，超声分散1小时，得到悬浊液；

4)将悬浊液进行离心分离，8000-9000rpm离心10-30分钟，除去未能剥离好的大颗粒以及多余的氢氧化锂；

5)将上层清液收集起来，装入35000Da透析袋中，用去离子水充分洗去多余的杂质，第一天每4-6小时更换一次去离子水，以后每12小时更换一次去离子水，透析过程一共经历3-4天，得到提纯干净的硫化钼水溶液；

6)将1-2毫升提纯干净的硫化钼水溶液直接抽滤到聚碳酸酯的多孔滤膜上，得到1.3-2.2微米的层状硫化钼纳米片分子分离膜，所述多孔滤膜的孔径为200纳米，直径2.5厘米，孔隙率10%-20%。