CN108435002A - 一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 - Google Patents
一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108435002A CN108435002A CN201810260932.8A CN201810260932A CN108435002A CN 108435002 A CN108435002 A CN 108435002A CN 201810260932 A CN201810260932 A CN 201810260932A CN 108435002 A CN108435002 A CN 108435002A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- functionalized carbon
- phase solution
- composite nanometer
- filtering film
- quantum dot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 24
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 229920002351 sodium apolate Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 229960003968 sodium apolate Drugs 0.000 claims abstract description 10
- BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M sodium;ethenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C=C BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 10
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 210000000337 motor cortex Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 49
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N diethylenediamine Natural products C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 12
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 claims description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 6
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 claims description 4
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-tetramine Chemical compound NCCNCCNCCN VILCJCGEZXAXTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 2
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- FDQSRULYDNDXQB-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3-dicarbonyl chloride Chemical compound ClC(=O)C1=CC=CC(C(Cl)=O)=C1 FDQSRULYDNDXQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GFAUNYMRSKVDJL-UHFFFAOYSA-N formyl chloride Chemical compound ClC=O GFAUNYMRSKVDJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229960001124 trientine Drugs 0.000 claims description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229940031098 ethanolamine Drugs 0.000 claims 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims 1
- 125000004193 piperazinyl group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000010148 water-pollination Effects 0.000 abstract description 4
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 12
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical class [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 6
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 6
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 3
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000010637 Aquaporins Human genes 0.000 description 1
- 108010063290 Aquaporins Proteins 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 description 1
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 1
- 238000012695 Interfacial polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229940059939 kayexalate Drugs 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N methyl diethanolamine Chemical compound OCCN(C)CCO CRVGTESFCCXCTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- MHSKRLJMQQNJNC-UHFFFAOYSA-N terephthalamide Chemical compound NC(=O)C1=CC=C(C(N)=O)C=C1 MHSKRLJMQQNJNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/76—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
- B01D71/82—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74 characterised by the presence of specified groups, e.g. introduced by chemical after-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/027—Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/30—Chemical resistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/48—Antimicrobial properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;再将该混合粉末热解,得到功能化碳量子点;将功能化碳量子点分别配置成水相溶液、油相溶液;将多孔支撑膜依次浸入到水相溶液、油相溶液中反应,使多孔支撑膜在其表面生成一层负载功能化碳量子点的芳香聚合物功能皮层,得到含功能化碳量子点的复合纳滤膜。功能化碳量子点良好负载在膜上,不但有利于复合膜的水通量、亲水性及抗污染性能的提高,而且维持了较高的无机盐截留率。本发明方法简单,生产成本较低,膜综合性能显著提高,具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,属于膜技术领域。
背景技术
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的膜过程,其孔径范围在几个纳米左右。纳滤过程对二价或多价无机离子及分子量介于200-1000Da之间的有机物有较高的截留率,在工业生产和日常生活中都有广泛应用,包括饮水软化、溶液脱色、染料除盐浓缩和生化物质纯化浓缩,产生了一定的经济社会效益。但是,目前广泛使用的纯聚合物纳滤膜普遍存在通量偏低,抗污染性能差的问题。而将无机纳米粒子材料复合到纳滤膜中能有效提高纳滤膜的综合性能,成为近年来膜领域的研究热点之一。
碳量子点是一种具有独特结构的零维材料,具有单层或多层的石墨结构,而尺寸仅在几个纳米左右。相比于金属量子点而已,碳量子点无毒,环境友好,正成为热门的纳米材料,在传感,催化等领域都有应用,尤其在生物和医学领域展现出良好的应用前景。
近来,由于其优异的亲水性和超小的尺寸,碳量子点也被用于制备复合水处理膜。如:《材料化学A》(Journal ofMaterials Chemistry A 2016,4(43)16896-16905)报道了通过压力辅助的方法将GQD复合到聚酰胺层中制得GQD改性的复合反渗透膜,该膜表现出了通量和抗污染性能的提升。《ACS应用材料与表面》(ACS Applied Materials and Interfaces2017,9(12),11082-11094)报道了将GOQD复合到聚氨酯功能层中制备获得包含GOQD的复合低压力纳滤膜。《膜科学》(Journal ofmembrane science 2017,537,42-53)报道了将CD复合到聚酰胺层并制备复合纳滤膜的工作。相对于纯聚合物的聚酰胺纳滤膜,这些含有量子点的复合膜通量有所提升,抗污染性能得到提高。但是,这些工作都集中在单一碳源制备的碳量子(未功能化),还没有研究报道功能化量子点制备复合纳滤膜的工作,而粒子表面官能团对复合纳滤膜的性能有较大的影响。因此,制备功能化的碳量子点,并用来改性复合纳滤膜,使得含有碳量子的复合纳滤膜的性能进一步提升仍然是值得深入研究的课题。
发明内容
本发明所要解决的问题是:提供一种性能优异的含功能化碳量子点的复合纳滤膜,其制备方法操作简便,适用于工业化大规模生产。
为了解决上述问题,本发明提供了一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1):将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;再将该混合粉末置于氮气气氛下,50~300℃热解1~20h,待其自然冷却,将获得的褐色产物分散在水中,透析纯化后,冷冻干燥,得到功能化碳量子点;
步骤2):将功能化碳量子点分别配置成水相溶液、油相溶液;水相溶液为包含第一反应单体和所述功能化碳量子的水溶液;油相溶液为包含第二反应单体的有机溶液;
步骤3):将多孔支撑膜浸入到水相溶液中,取出并排出表面过量的溶液,然后浸入到油相溶液中反应,再经热处理、漂洗,使多孔支撑膜在其表面生成一层负载功能化碳量子点的芳香聚合物功能皮层,得到含功能化碳量子点的复合纳滤膜。
优选地,所述步骤1)中柠檬酸与聚乙烯磺酸钠的质量比为1∶20~20∶1。
优选地,所述步骤1)中热解的温度为50~300℃,热解时间为1~20h。
优选地,所述步骤2)中的水相溶液中功能化碳量子点的质量分数为0.002~2%。
优选地,所述步骤2)中第一反应单体为哌嗪、N,N-二氨基哌嗪、N-(2-氨丙基)-哌嗪、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、聚乙烯亚胺、邻苯二胺、间苯二胺和三乙烯四胺中的任意一种或几种,第一反应单体在水相溶液中的质量分数为0.05~10%。
优选地,所述步骤2)中第二反应单体为间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、均苯四甲酰氯和均苯三甲酰氯中的任意一种或几种,第二反应单体在油相溶液中的质量分数为0.02~1%。
本发明通过柠檬酸和聚乙烯磺酸钠的共同热解,得到的功能化碳量子点上的功能基团磺酸根相对于未功能化碳量子的羧基具有更好的亲水性,使得制备的复合纳滤膜相比于纯聚合物复合纳滤膜和含未功能化碳量子点的复合纳滤膜具有综合性能上的优势。具体地说,大量水分子包裹在功能化量子点周围,抑制了功能皮层聚合,使得形成的功能皮层化学结构相对疏松,有利于复合纳滤膜的水通量提升。同时,由于磺酸根是二价负离子,赋予膜表面更高的负电荷,这使得膜维持了较好的盐截留能力。此外,亲水的提升和负电性的增加也使含改性碳量子点的复合纳滤膜获得优异的抗污染性能。
本发明提供的复合纳滤膜生产过程简便、成本低廉,易于批量化、规模化生产;制得的复合纳滤膜操作压力低,综合分离性能显著提高,具有良好的工业化生产基础。
附图说明
图1为实施例1制得的功能化碳量子点的TEM图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法:
(1)将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠(质量比为2∶1)搅拌溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;而后,将上述混合粉末置于氮气气氛下,200℃热解2h,待其自然冷却,将获得褐色产物分散在水中,透析纯化,冷冻干燥,得到功能化碳量子点,如图1所示;
(2)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中,再加入浓度为0.05wt%功能化碳量子点,超声5分钟使其分散均匀;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(3)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(4)将复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到含功能化碳量子点的复合纳滤膜。
实施例2
一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法:
(1)将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠(质量比为2∶1)搅拌溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;而后,将上述混合粉末置于氮气气氛下,200℃热解2h,待其自然冷却,将获得褐色产物分散在水中,透析纯化,冷冻干燥,得到功能化碳量子点;
(2)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中,再加入浓度为0.1wt%功能化碳量子点,超声5分钟使其分散均匀;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(3)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(4)将复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到功能化碳量子点的复合纳滤膜。
实施例3
一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法:
(1)将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠(质量比为2:1)搅拌溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;而后,将上述混合粉末置于氮气气氛下,200℃热解2h,待其自然冷却,将获得褐色产物分散在水中,透析纯化,冷冻干燥,得到功能化碳量子点;
(2)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中,再加入浓度为0.15wt%功能化碳量子点,超声5分钟使其分散均匀;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(3)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(4)将复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到功能化碳量子点的复合纳滤膜。
实施例4
一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法:
(1)将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠(质量比为2∶1)搅拌溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;而后,将上述混合粉末置于氮气气氛下,200℃热解2h,待其自然冷却,将获得褐色产物分散在水中,透析纯化,冷冻干燥,得到功能化碳量子点;
(2)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中,再加入浓度为0.2wt%功能化碳量子点,超声5分钟使其分散均匀;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(3)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(4)将复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到含功能化碳量子点的复合纳滤膜。
对比例1
一种未添加任何碳量子点的纯聚合物复合纳滤膜的制备方法:
(1)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(2)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(3)将步骤(2)得到的复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到纯聚合物复合纳滤膜。
对比例2
一种添加未功能化碳量子点的复合纳滤膜的制备方法:
(1)将柠檬酸粉末置于氮气气氛下,200℃热解2h,待其自然冷却,将获得褐色产物分散在水中,透析纯化,冷冻干燥,得到未功能化碳量子点。
(2)水相溶液的配制:将浓度为1wt%的哌嗪,0.1wt%氢氧化钠溶解于去离子水中,再加入浓度为0.15wt%普通碳量子点,超声5分钟使其分散均匀;将湿态的聚砜支撑膜浸入水相溶液,浸渍时间为10min,取出后用橡皮辊滚压支撑膜表面,挤干;
(3)油相溶液的配制:将浓度为0.2wt%的均苯三甲酰氯溶解于正己烷中;将支撑膜浸入油相溶液,反应时间为1min,取出;
(4)将步骤(2)得到的复合膜于70℃烘箱中热处理30分钟。接着用去离子水漂洗数次后,得到含未功能化碳量子点的复合纳滤膜。
将实施例1-4、对比例1-2制备的复合纳滤膜保存在水中,在5mmol/L的硫酸钠水溶液、操作压力为0.6MPa条件下测试其脱盐性能。结果如表1所示。
表1
由表1可知,当水相中功能化碳量子点含量为0.15wt%时,膜的性能得到最优化,水通量约为相同制备条件下不含碳量子点的纯聚合物复合膜通量的2.3倍,其通量也明显高于含未功能化碳量子点的复合膜,同时能保持对于5mmol/L的硫酸钠水溶液较高的截留性能;
综上所述,本发明中的功能化碳量子点,原料成本低,制备过程简单,环境友好,易于工业生产。聚苯乙烯磺酸钠的引入使得功能化碳量子点表面修饰大量磺酸根基团,增加量子点负电性,提升亲水。将功能化碳量子点分散于含反应单体的水相溶液,通过界面聚合法将功能化碳量子点负载到复合纳滤膜的聚合物功能皮层中。功能化碳量子点负载到复合膜的聚合物表层中,使得聚合过程得以抑制,获得结构疏松的选择皮层,使得传水通道增加;此外,功能化碳量子点带有亲水功能基团和高价负电荷,有利于膜的水通量、亲水性及抗污染性能的提高。制得的复合纳滤膜,操作压力低,综合分离性能显著提高;生产过程简便、成本低廉,具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。
Claims (6)
1.一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1):将柠檬酸和聚乙烯磺酸钠溶解于水中,然后除去水得到混合均匀的柠檬酸和聚乙烯磺酸混合粉末;再将该混合粉末置于氮气气氛下,50~300℃热解1~20h,待其自然冷却,将获得的褐色产物分散在水中,透析纯化后,冷冻干燥,得到功能化碳量子点;
步骤2):将功能化碳量子点分别配置成水相溶液、油相溶液;水相溶液为包含第一反应单体和所述功能化碳量子的水溶液;油相溶液为包含第二反应单体的有机溶液;
步骤3):将多孔支撑膜浸入到水相溶液中,取出并排出表面过量的溶液,然后浸入到油相溶液中反应,再经热处理、漂洗,使多孔支撑膜在其表面生成一层负载功能化碳量子点的芳香聚合物功能皮层,得到含功能化碳量子点的复合纳滤膜。
2.如权利要求1所述的功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中柠檬酸与聚乙烯磺酸钠的质量比为1∶20~20∶1。
3.如权利要求1所述的功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中热解的温度为50~300℃,热解时间为1~20h。
4.如权利要求1所述的功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的水相溶液中功能化碳量子点的质量分数为0.002~2%。
5.如权利要求1所述的功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中第一反应单体为哌嗪、N,N-二氨基哌嗪、N-(2-氨丙基)-哌嗪、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、聚乙烯亚胺、邻苯二胺、间苯二胺和三乙烯四胺中的任意一种或几种,第一反应单体在水相溶液中的质量分数为0.05~10%。
6.如权利要求1所述的功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中第二反应单体为间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、均苯四甲酰氯和均苯三甲酰氯中的任意一种或几种,第二反应单体在油相溶液中的质量分数为0.02~1%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810260932.8A CN108435002B (zh) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | 一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810260932.8A CN108435002B (zh) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | 一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108435002A true CN108435002A (zh) | 2018-08-24 |
CN108435002B CN108435002B (zh) | 2021-03-19 |
Family
ID=63197485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810260932.8A Expired - Fee Related CN108435002B (zh) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | 一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108435002B (zh) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109097037A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 江南大学 | 一种碳量子点及其制备方法和应用 |
CN109289557A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-02-01 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种脱色膜及其制备方法和应用 |
CN109821427A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-31 | 江南大学 | 一种耐氯芳香聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 |
CN109853068A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 东华大学 | 一种碳量子点/丝素复合纳米纤维及其制备方法和应用 |
CN110180521A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-30 | 陕西科技大学 | 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法 |
CN110449047A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-15 | 南京工业大学 | 一种面向沼液纯化的高通量正电纳滤膜及其制备方法 |
CN111303871A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-19 | 四川大学 | 一种磺化糖胺聚糖仿生启迪的碳量子点及其制备方法和应用 |
CN111330451A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-06-26 | 中南大学 | 一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法 |
CN111718713A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-09-29 | 中南民族大学 | 碳点及其制备方法和应用、固体发光赋型材料 |
CN112322280A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 南开大学 | 一种哌嗪功能化碳量子点的制备方法及其在土霉素检测中的应用 |
CN112409606A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-26 | 西南石油大学 | 一种碳量子点改性聚苯乙烯驱油材料及其制备方法 |
CN114797488A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-29 | 西安科技大学 | 聚电解质-碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜及制备方法 |
CN114865032A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-05 | 淮阴师范学院 | 一种碳量子点改性的阴离子交换膜及其制备方法和应用 |
CN115025620A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-09 | 安徽智泓净化科技股份有限公司 | 一种盐湖提锂用纳滤膜及其生产工艺 |
CN115105976A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-27 | 西安建筑科技大学 | 一种碳量子点光催化型多分离层复合纳滤膜及制备方法 |
CN115105975A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-27 | 西安建筑科技大学 | 聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法 |
CN117963892A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 天津城建大学 | 一种以无机盐为反应介质制备碳量子点的方法及应用 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008079280A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-03 | Millipore Corporation | Purification of proteins |
CN107126845A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-05 | 厦门理工学院 | 一种改性碳纳米管和复合纳滤膜及其制备方法 |
CN107298435A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-10-27 | 天津科技大学 | 碳量子点的阻垢应用及阻垢剂 |
-
2018
- 2018-03-27 CN CN201810260932.8A patent/CN108435002B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008079280A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-03 | Millipore Corporation | Purification of proteins |
CN107126845A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-05 | 厦门理工学院 | 一种改性碳纳米管和复合纳滤膜及其制备方法 |
CN107298435A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-10-27 | 天津科技大学 | 碳量子点的阻垢应用及阻垢剂 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
CHUN XIAN GUO, DIELING ZHAO,QIPENG ZHAO, PENG WANG AND XIANMA: "Na+-functionalized carbon quantum dots a new draw solute in forward osmosis for seawater desalination", 《RORAL SCCIETY OF CHEMISTRY》 * |
YI LI, SHA LI, KAISONG ZHANG: "Influence of hydrophilic carbon dots on polyamide thin film nanocomposite reverse osmosis membranes", 《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》 * |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109097037B (zh) * | 2018-09-29 | 2021-04-13 | 江南大学 | 一种碳量子点及其制备方法和应用 |
CN109097037A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 江南大学 | 一种碳量子点及其制备方法和应用 |
CN109289557A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-02-01 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种脱色膜及其制备方法和应用 |
CN109853068A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-06-07 | 东华大学 | 一种碳量子点/丝素复合纳米纤维及其制备方法和应用 |
CN109853068B (zh) * | 2019-01-30 | 2021-08-10 | 东华大学 | 一种碳量子点/丝素复合纳米纤维及其制备方法和应用 |
CN109821427A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-31 | 江南大学 | 一种耐氯芳香聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 |
CN109821427B (zh) * | 2019-03-22 | 2021-06-08 | 江南大学 | 一种耐氯芳香聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 |
CN110180521A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-30 | 陕西科技大学 | 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法 |
CN110180521B (zh) * | 2019-06-05 | 2022-07-26 | 陕西科技大学 | 一种碳量子点/二氧化钛纳米复合材料的制备方法 |
CN110449047A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-15 | 南京工业大学 | 一种面向沼液纯化的高通量正电纳滤膜及其制备方法 |
CN111303871A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-19 | 四川大学 | 一种磺化糖胺聚糖仿生启迪的碳量子点及其制备方法和应用 |
CN111303871B (zh) * | 2020-04-03 | 2022-11-15 | 四川大学 | 一种磺化糖胺聚糖仿生启迪的碳量子点及其制备方法和应用 |
CN111330451B (zh) * | 2020-05-15 | 2020-09-04 | 中南大学 | 一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法 |
CN111330451A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-06-26 | 中南大学 | 一种疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法 |
CN111718713A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-09-29 | 中南民族大学 | 碳点及其制备方法和应用、固体发光赋型材料 |
CN111718713B (zh) * | 2020-07-21 | 2022-11-29 | 中南民族大学 | 碳点及其制备方法和应用、固体发光赋型材料 |
CN112322280A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 南开大学 | 一种哌嗪功能化碳量子点的制备方法及其在土霉素检测中的应用 |
CN112409606A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-26 | 西南石油大学 | 一种碳量子点改性聚苯乙烯驱油材料及其制备方法 |
CN115105975A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-27 | 西安建筑科技大学 | 聚电解质夹心磁响应式聚哌嗪酰胺复合纳滤膜及制备方法 |
CN115105976A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-27 | 西安建筑科技大学 | 一种碳量子点光催化型多分离层复合纳滤膜及制备方法 |
CN114797488A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-29 | 西安科技大学 | 聚电解质-碳量子点改性聚酰胺复合纳滤膜及制备方法 |
CN114865032A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-05 | 淮阴师范学院 | 一种碳量子点改性的阴离子交换膜及其制备方法和应用 |
CN115025620A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-09 | 安徽智泓净化科技股份有限公司 | 一种盐湖提锂用纳滤膜及其生产工艺 |
CN117963892A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 天津城建大学 | 一种以无机盐为反应介质制备碳量子点的方法及应用 |
CN117963892B (zh) * | 2024-03-29 | 2024-06-11 | 天津城建大学 | 一种以无机盐为反应介质制备碳量子点的方法及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108435002B (zh) | 2021-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108435002A (zh) | 一种功能化碳量子点改性的复合纳滤膜的制备方法 | |
Ouyang et al. | A dually charged nanofiltration membrane by pH-responsive polydopamine for pharmaceuticals and personal care products removal | |
Liu et al. | Modification of polyamide TFC nanofiltration membrane for improving separation and antifouling properties | |
CN106731841B (zh) | 一种超分子复合纳滤膜及其制备方法和应用 | |
CN107126845B (zh) | 一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜及其制备方法 | |
CN108409981A (zh) | 一种改性金属有机框架和复合纳滤膜的制备方法 | |
Padaki et al. | New polypropylene supported chitosan NF-membrane for desalination application | |
CN106999870A (zh) | 聚磺酰胺纳滤或反渗透复合膜的分子层层组装制备方法 | |
CN108187512A (zh) | 一种高通量聚酰胺纳滤复合膜及其制备方法 | |
CN104474925A (zh) | 一种高水通量聚酰胺反渗透复合膜的制备方法 | |
CN108355497B (zh) | 一种高性能正渗透膜及其制备方法、应用 | |
CN105214511A (zh) | 一种纳米银/石墨烯/聚偏氟乙烯杂化超滤膜及其制备方法 | |
CN105148750B (zh) | 一种聚酰胺复合膜表面改性的方法 | |
CN104069749B (zh) | 一种超支化聚合物聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法 | |
CN113019151B (zh) | 水处理用氧化石墨烯-聚偏氟乙烯复合中空纤维膜、其制备方法及应用 | |
CN110201544B (zh) | 一种高通量高选择性纳滤膜及其制备方法 | |
CN112755817B (zh) | 一种具有高性能的复合纳滤膜、其制备方法及应用 | |
CN106693732A (zh) | 高分子界面聚合材料及低压纳滤膜及低压纳滤膜制备方法、应用 | |
CN109224888A (zh) | 一种氧化石墨烯框架改性聚酰胺反渗透膜及其应用 | |
CN112316752A (zh) | 一种磺胺类小分子表面改性聚酰胺复合膜及其制备方法 | |
CN105498546B (zh) | 一种纳米共轭聚合物掺杂改性的反渗透复合膜 | |
Liu et al. | Graphene oxide hollow fiber membranes for solvent dehydration by nanofiltration | |
WO2015012869A1 (en) | Composite filtration membranes from conducting polymer nanoparticles and conventional polymers | |
CN111085116B (zh) | 一种抗氧化和抗生物污染的反渗透膜及其制备方法与应用 | |
CN109865501B (zh) | 一种用于吸附去除水中有机染料的复合膜制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210319 |