CN111470536A - 一种高性能二硫化钽二维层状膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能二硫化钽二维层状膜及其制备方法和应用,是将1T相的TaS2晶体通过锂插层反应制备成LixTaS2晶体,然后将LixTaS2晶体经超声分散得到TaS2纳米片分散液,最后将分散液沉积在多孔载体上,从而制得TaS2二维层状膜。本发明的TaS2二维层状膜可以固定于分离装置中,以分离水中不同尺寸及性质的纳米杂质,分离效率高、水通量高、稳定性好,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能TaS2二维层状膜及其制备方法和应用,属于分离膜技术领域。
背景技术
全球科学技术的不断发展革新、工业经济的高速发展,不可避免的导致了水污染情况的快速加剧,高效、节能以及环保的处理水污染问题受到广泛的关注。膜分离技术是一项高效节能的化工分离手段,被认为是应对水资源危机和污水处理的重要手段。传统的膜材料存在着稳定性差、机械强度低和分离性能弱等缺点,而二维超薄纳米材料因其独特的二维结构而具有奇特的性质与功能,由它们组成的膜性能优异。
但现有的二维膜如氧化石墨烯膜,本身分离效率低、处理量小,且在水溶液中极易溶胀使膜结构发生变化,导致氧化石墨烯膜的选择性和分离效率发生改变,很难应用于实际的工业生产中。因此急需寻找一种新型的二维纳米材料,制备成具有优异的分离性能,同时具备高稳定性的二维分离膜。
《碳材料杂志》(Carbon,2016,103,94-100)报道了硅酸镁改性还原氧化石墨烯复合膜的制备和纳滤的应用。是首先通过溶胶凝胶法制备出SiO2/RGO的复合纳米材料,然后加入氯化镁、氯化铵和氨水混合反应,通过水热合成法制备出MgSi/RGO复合纳米材料,离心、洗涤、干燥去除杂质后通过超声制备成水悬浮液,将其真空抽滤在用NaOH改性后的PAN多孔膜上得到MgSi@RGO/PAN纳滤复合膜。上述方法所得到的膜通量相较纯氧化石墨烯膜有所提升,但仍然比较低,且膜的制备过程复杂、膜可控性差,不利于大规模生产制备。
专利CN106178979A公布了一种二维层状Ti3C2-MXene膜的制备方法。是将Ti3AlC2粉末与氢氟酸溶液混合,搅拌反应,离心洗涤,干燥,得到Ti3C2粉末;将Ti3C2粉末与二甲基亚砜混合,搅拌处理,洗涤干燥,得到处理后的粉末;将处理后的粉末溶解在水或有机溶剂中,超声处理,离心取上清液,干燥,得到二维纳米片;最后将二维纳米片配置成溶液通过真空抽滤在阳极氧化铝多孔膜上,得到二维层状Ti3C2-MXene膜。上述方法工艺复杂,使用大量有机溶剂,制膜过程会产生大量的有机废液,对环境造成污染。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种分离效率高、水通量高、稳定性好的高性能TaS2二维层状膜及其制备方法和应用。
本发明为实现发明目的,采用如下技术方案:
本发明首先公开了一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,是将1T相的TaS2晶体通过锂插层反应制备成LixTaS2晶体,然后将LixTaS2晶体经超声分散得到TaS2纳米片分散液,最后将分散液沉积在多孔载体上,从而制得TaS2二维层状膜。具体包括如下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉与碘颗粒混合均匀并密封于石英管中,在马弗炉中通过高温煅烧制备得到1T相TaS2晶体;
步骤2、在充满氮气的手套箱中,将步骤1制备的1T相TaS2晶体加入含有正丁基锂的正己烷溶液中,然后密封于不锈钢反应釜中,进行高温锂插层反应,得到LixTaS2晶体;
步骤3、将步骤2制备的LixTaS2晶体超声分散于去离子水中,离心获得TaS2纳米片分散液;
步骤4、将步骤3配制的TaS2纳米片分散液通过纳米组装技术负载在多孔基底膜上,即获得高性能TaS2二维层状膜。
进一步地:步骤1中,钽粉与硫粉的摩尔比为1:2,碘颗粒的加入量按石英管容积计算为2-6mg/cm3;步骤2中,正己烷溶液中正丁基锂的浓度为1.6mol/L,1T相TaS2晶体的质量与含有正丁基锂的正己烷溶液的体积比为30-80mg:1-2mL;步骤3中,LixTaS2晶体的质量与去离子水的体积比为10-20mg:1000-1600mL;步骤4中,加入的TaS2纳米片分散液的体积为80-200mL。
进一步地,步骤1中,所述高温煅烧是将马弗炉从室温下开始以30-50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温24-96h后,淬火,即得到1T相TaS2晶体。
进一步地,步骤2中,所述锂插层反应的温度为60-150℃,反应时间为1-12h。
进一步地,步骤3中,所述超声分散的温度为室温、超声时间为0.5-1.5h,所述离心的转速为8000rpm、离心时间为15-30min。
进一步地,步骤4中:所述多孔基底膜选自尼龙膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、阳极氧化铝膜和聚丙烯腈膜中的一种,且所述多孔基底膜的孔径为100-450nm;所述纳米组装技术是指能够将纳米片负载于多孔载体的技术,包括真空抽滤、旋转涂覆、喷涂或蒸发干燥。
本发明还公开了按照上述制备方法所制得的高性能TaS2二维层状膜的应用,是将所述TaS2二维层状膜固定于分离装置中,以分离水中不同尺寸及性质的纳米杂质。
进一步地,所述纳米杂质包括甲基蓝、亚甲基蓝、伊文思蓝、铬黑、碱性品红和刚果红等。
与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
本发明的TaS2二维层状膜分离效率高、水通量高、稳定性好,具有广阔的应用前景。与《碳材料杂志》(Carbon,2016,103,94-100)相比,本发明的TaS2二维层状膜由于其本身结构的优势,不像MgSi@RGO/PAN纳滤复合膜结构错综复杂,使TaS2二维层状膜通量相较MgSi@RGO/PAN纳滤复合膜通量高出两个数量级以上,且整个制膜过程耗费时间短、操作简单、可控性较强,更适用于实际生产。与专利CN106178979A公布的一种二维层状Ti3C2-MXene膜的制备方法相比,本发明高性能TaS2二维层状膜的制备过程较为环保、操作简单方便、重复性好、可控性较强、适用性较为广泛,更适用于大批量工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制得的TaS2二维纳米片的透射电子显微镜图;
图2为实施例1制得的TaS2二维层状膜的表面扫描电子显微镜图;
图3为实施例1制得的TaS2二维层状膜对伊文思蓝染料溶液截留测试的紫外图谱。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为3.5mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温24h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤3次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取30mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤3次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取10mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1000mL去离子水中,室温下超声分散0.5h,8000rpm离心20min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
对本实施例步骤3制得的二维TaS2纳米片进行透射电子显微镜(TEM)测试,结果如图1所示。由图1可以看出:经过超声分散剥离出1-2μm片层状的二维TaS2纳米片。
对本实施例步骤4得到的高性能TaS2二维层状膜表面进行扫描电子显微镜(SEM)测试,结果如图2所示,可以看出:TaS2二维层状膜的表面无缺陷。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的伊文思蓝染料水溶液,结果表明其对伊文思蓝的水通量为894L m-2h-1bar-1,对伊文斯蓝的截留率为100%。其对伊文思蓝染料溶液截留测试紫外图谱如图3所示。
实施例2
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为4mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以30℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温72h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤3次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取50mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在60℃下进行锂插层反应12h,产物用正己烷反复洗涤5次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取20mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1600mL去离子水中,室温下超声分散1h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取80mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的伊文思蓝染料水溶液,结果表明其对伊文思蓝的水通量为835L m-2h-1bar-1,对伊文斯蓝的截留率为96.1%。
实施例3
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为2mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以45℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温48h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取40mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在150℃下进行锂插层反应1h,产物用正己烷反复洗涤5次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取10mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1200mL去离子水中,室温下超声分散1.5h,8000rpm离心30min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取150mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为50μmol/L带负电荷的刚果红染料水溶液,结果表明其对刚果红的水通量为1198L m-2h-1bar-1,对刚果红的截留率为98.5%。
实施例4
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为3.8mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温96h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取60mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤5次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取15mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1600mL去离子水中,室温下超声分散0.5h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取120mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为50μmol/L带负电荷的刚果红染料水溶液,结果表明其对刚果红的水通量为1206L m-2h-1bar-1,对刚果红的截留率为99.1%。
实施例5
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为6mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以40℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温72h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取80mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入2mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在120℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤3次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取12mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1000mL去离子水中,室温下超声分散0.5h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为50μmol/L带负电荷的铬黑染料水溶液,结果表明其对铬黑的水通量为1053L m- 2h-1bar-1,对铬黑的截留率为100%。
实施例6
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为4.2mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温96h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取50mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应3h,产物用正己烷反复洗涤4次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取15mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1200mL去离子水中,室温下超声分散0.5h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取90mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为50μmol/L带负电荷的铬黑染料水溶液,结果表明其对铬黑的水通量为1112L m- 2h-1bar-1,对铬黑的截留率为100%。
实施例7
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为4.2mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以35℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温48h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤4次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取45mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤4次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取15mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1600mL去离子水中,室温下超声分散40min,8000rpm离心20min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的甲基蓝染料水溶液,结果表明其对甲基蓝的水通量为1073L m-2h-1bar-1、对甲基蓝的截留率为98.2%。
实施例8
一种高性能TaS2二维层状膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为5mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以40℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温96h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取50mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在120℃下进行锂插层反应1.5h,产物用正己烷反复洗涤4次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取10mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1000mL去离子水中,室温下超声分散0.5h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取110mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的甲基蓝染料水溶液,结果表明其对甲基蓝的水通量为1065L m-2h-1bar-1、对甲基蓝的截留率为97.5%。
实施例9
一种高性能二维层状TaS2膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为3.8mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温96h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取45mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤4次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取15mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1300mL去离子水中,室温下超声分散1h,8000rpm离心20min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取90mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的伊文思蓝染料水溶液,结果表明其对伊文思蓝的水通量为1096Lm-2h-1bar-1、对伊文斯蓝的截留率为96.9%。
实施例10
一种高性能二维层状TaS2膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为4mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温72h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取50mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在80℃下进行锂插层反应3h,产物用正己烷反复洗涤5次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取10mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1000mL去离子水中,室温下超声分散1h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带负电荷的伊文思蓝染料水溶液,结果表明其对伊文思蓝的水通量为1152Lm-2h-1bar-1、对伊文斯蓝的截留率为92.6%。
实施例11
一种高性能二维层状TaS2膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为3.2mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以35℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温96h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取45mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在100℃下进行锂插层反应3h,产物用正己烷反复洗涤3次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取12mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1200mL去离子水中,室温下超声分散1h,8000rpm离心15min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带正电荷的亚甲基蓝染料水溶液,结果表明其对亚甲基蓝的水通量为935L m-2h-1bar-1、对亚甲基蓝的截留率为93.2%。
实施例12
一种高性能二维层状TaS2膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉以摩尔比1:2充分混合均匀,加入少量碘(加入量按石英管容积计算为5.2mg/cm3),在低真空(<10-3Torr)密封于石英管中,并放入马弗炉内。以30℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温72h后,淬火得到高纯度1T相TaS2晶体,用CCl4和CS2依次反复洗涤5次,去除未反应完全的杂质。
步骤2、在手套箱中,取45mg步骤1制备的TaS2晶体加入不锈钢反应釜中,再加入1mL浓度为1.6mol/L的正丁基锂的正己烷溶液,密封。在120℃下进行锂插层反应2h,产物用正己烷反复洗涤3次,得到LixTaS2晶体。
步骤3、取10mg步骤2制备的LixTaS2晶体加入1000mL去离子水中,室温下超声分散1h,8000rpm离心20min去除底部沉淀,得到TaS2纳米片分散液。
步骤4、取100mL分散液在孔径为200nm、直径为50mm的聚偏氟乙烯膜上真空抽滤获得高性能TaS2二维层状膜。
将本实施例制备的负载于聚偏氟乙烯膜上的TaS2二维层状膜固定于过滤装置中,处理浓度为10μmol/L带正电荷的亚甲基蓝染料水溶液,结果表明其对亚甲基蓝的水通量为1013Lm-2h-1bar-1、对亚甲基蓝的截留率为94.7%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高性能二硫化钽二维层状膜的制备方法,其特征在于:是将1T相的TaS2晶体通过锂插层反应制备成LixTaS2晶体,然后将LixTaS2晶体经超声分散得到TaS2纳米片分散液,最后将分散液沉积在多孔载体上,从而制得TaS2二维层状膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、取钽粉、硫粉与碘颗粒混合均匀并密封于石英管中,在马弗炉中通过高温煅烧制备得到1T相TaS2晶体;
步骤2、在充满氮气的手套箱中,将步骤1制备的1T相TaS2晶体加入含有正丁基锂的正己烷溶液中,然后密封于不锈钢反应釜中,进行高温锂插层反应,得到LixTaS2晶体;
步骤3、将步骤2制备的LixTaS2晶体超声分散于去离子水中,离心获得TaS2纳米片分散液;
步骤4、将步骤3配制的TaS2纳米片分散液通过纳米组装技术负载在多孔基底膜上,即获得高性能TaS2二维层状膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:
步骤1中,钽粉与硫粉的摩尔比为1:2,碘颗粒的加入量按石英管容积计算为2-6mg/cm3;
步骤2中,正己烷溶液中正丁基锂的浓度为1.6mol/L,1T相TaS2晶体的质量与含有正丁基锂的正己烷溶液的体积比为30-80mg:1-2mL;
步骤3中,LixTaS2晶体的质量与去离子水的体积比为10-20mg:1000-1600mL;
步骤4中,加入的TaS2纳米片分散液的体积为80-200mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤1中,所述高温煅烧是将马弗炉从室温下开始以30-50℃/h的升温速率缓慢升温至900℃,保温24-96h后,淬火,即得到1T相TaS2晶体。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤2中,所述锂插层反应的温度为60-150℃,反应时间为1-12h。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤3中,所述超声分散的温度为室温、超声时间为0.5-1.5h,所述离心的转速为8000rpm、离心时间为15-30min。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤4中,所述多孔基底膜选自尼龙膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、阳极氧化铝膜和聚丙烯腈膜中的一种,且所述多孔基底膜的孔径为100-450nm;
步骤4中,所述纳米组装技术是指能够将纳米片负载于多孔载体的技术,包括真空抽滤、旋转涂覆、喷涂或蒸发干燥。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述制备方法所制得的高性能二硫化钽二维层状膜。
9.一种权利要求8所述的高性能二硫化钽二维层状膜的应用,其特征在于:将所述TaS2二维层状膜固定于分离装置中,以分离水中不同尺寸及性质的纳米杂质。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述纳米杂质包括甲基蓝、亚甲基蓝、伊文思蓝、铬黑、碱性品红和刚果红中的至少一种。
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