CN112210081A - 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法 - Google Patents

磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112210081A
CN112210081A CN202011057319.XA CN202011057319A CN112210081A CN 112210081 A CN112210081 A CN 112210081A CN 202011057319 A CN202011057319 A CN 202011057319A CN 112210081 A CN112210081 A CN 112210081A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
sulfonated graphene
organic framework
loaded metal
forward osmosis
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
Application number
CN202011057319.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112210081B (zh
Inventor
王磊
贺苗露
张妍
苗瑞
朱甲妮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202011057319.XA priority Critical patent/CN112210081B/zh
Publication of CN112210081A publication Critical patent/CN112210081A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112210081B publication Critical patent/CN112210081B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/008Supramolecular polymers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0079Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/042Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法,所述制备方法包括:将间苯二胺溶于去离子水中,制备获得水相单体溶液;将均苯三甲酰氯溶于正己烷中,制备获得有机相溶液,向所述有机相溶液中加入本发明制备的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,获得处理后的有机相溶液;将基膜浸泡到水相单体溶液中,晾干,获得晾干后的膜;将处理后的有机相溶液加入晾干后的膜的表面,用于发生界面聚合反应并形成分离层,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜。本发明能够解决现有的MOFs改性正渗透纳米复合膜由于纳米材料团聚而引发膜截盐及污染去除性能下降的技术问题。

Description

磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及 其制备方法
技术领域
本发明属于膜分离技术领域,特别涉及一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法。
背景技术
膜分离法作为一种新兴的分离技术,近年来发展迅速。膜分离法包括:超滤、纳滤、反渗透、正渗透等方法;其中,正渗透(FO)是利用膜的原料液侧和汲取液侧溶液的渗透压差,驱动水分子自发地从原料液侧透过半透膜进入汲取液侧,得到净化水的工艺。由于其低能耗、低污染和环境友好的特性被广泛应用到包括海水淡化及重金属分离等水处理中。
目前研究的FO膜主要是薄膜复合(TFC)膜,它是通过间苯二胺(MPD)和均苯三酰氯(TMC)在基膜上交联聚合形成致密聚酰胺层(分离层)制备而成。虽然,分离层对溶质表现出强截留性能,但致密且疏水的分离层也造成了正渗透膜的低分离效率和膜污染等问题。因此,对用于废水处理的薄膜复合(TFC)正渗透膜进行分离性能及抗污染性能的提升仍是亟待解决的问题。
由于纳米材料掺杂到分离层中能改善亲水性能并且提供额外水通道,因此纳米材料被广泛应用以提高TFC膜性能。近年来,金属有机框架(MOFs)作为一种新型纳米材料受到广泛关注。MOFs是一种由金属离子和有机配体组成的多孔晶体材料。MOFs晶体具有较高的比表面积、调制孔隙率、丰富的表面化学性质和灵活的结构,且MOFs同时具有无机和有机性质,使其与高分子物质具有良好的相容性。基于其独特的优势,MOFs被认为是提升膜分离性能的可行材料。虽MOFs的掺杂可以有效提高膜渗透性能,但MOFs纳米晶体在分离层中的团聚问题仍严重影响着膜的截盐及污染物去除性能;这也是限制MOFs应用到膜分离领域中最重要的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法,以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够解决现有的MOFs改性正渗透纳米复合膜由于纳米材料团聚而引发膜截盐及污染去除性能下降的技术问题。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)室温下,将磺化氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中,一次超声,加入氯化锆和对苯二甲酸,二次超声,加入浓盐酸,获得混合液;其中,氯化锆和对苯二甲酸的摩尔比为1:(1~2);磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为(0,0.15];
(2)将获得的混合液置于80℃~180℃,反应36h~48h,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料。
本发明的进一步改进在于,步骤(1)中,一次超声为3h~5h;二次超声为30min~60min。
本发明的进一步改进在于,步骤(1)中的磺化氧化石墨烯由氧化石墨烯进行磺化所得;所述氧化石墨烯采用改进Hummers法制备。
本发明的进一步改进在于,步骤(2)还包括:反应后,取出冷却至室温,过滤得到沉淀物;将沉淀物用二甲基甲酰胺和无水乙醇交替清洗以去除未反应的对苯二甲酸;抽滤,干燥。
本发明的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将间苯二胺溶于去离子水中,制备获得水相单体溶液;将均苯三甲酰氯溶于正己烷中,制备获得有机相溶液,向所述有机相溶液中加入权利要求1制备的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,超声分散均匀,获得处理后的有机相溶液;
步骤2,将基膜浸泡到步骤1制备的水相单体溶液中,去除多余液体后晾干,获得晾干后的膜;将步骤1制备的处理后的有机相溶液加入所述晾干后的膜的表面,用于发生界面聚合反应并形成分离层,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜。
本发明的进一步改进在于,步骤2中还包括:在发生界面聚合反应后,将界面聚合后的膜置于40℃~80℃温度环境下热处理1min~5min,用于促进界面聚合反应。
本发明的进一步改进在于,步骤1制备获得的水相单体溶液中,间苯二胺的质量百分比浓度为1.5%。
本发明的进一步改进在于,步骤1制备获得的有机相溶液中,均苯三甲酰氯的质量百分比浓度为0.1%。
本发明的进一步改进在于,步骤1制备获得的处理后的有机相溶液中,磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的质量百分比浓度为0.02%~0.06%。
本发明的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜,由本发明任一项上述的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法制备获得。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的材料制备方法中,磺化氧化石墨烯(SGO)是一种氧化石墨烯(GO)的衍生材料,与GO相似,SGO也具有二维结构;SGO表面具有大量环氧基、羧基及磺酸基团,这不仅使得SGO表现出更强的亲水性,也使得为MOFs中金属离子在SGO表面附着提供了吸附位点。利用锆金属离子与磺酸基、羧基之间的螯合作用,锆离子均匀分布在SGO层表面,再通过与对苯二甲酸配位形成具有超小孔隙
Figure BDA0002711199310000031
的金属有机框架材料UiO66。UiO-66通过这样原位生长的方式分布在SGO片层表面,形成磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料。最后将磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料通过界面聚合的方式添加到正渗透膜的分离层中,制备获得一种高分离性能的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜。
本发明在膜制备方法中加入磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,制备过程简单,成本低廉,所制备的正渗透膜显著提升了水通量,降低了反向盐通量,增加了污染物去除性能,能够解决现有的MOFs改性正渗透纳米复合膜由于纳米材料团聚而引发膜截盐及污染去除性能下降的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍;显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例,都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤1,水相单体溶液的制备,包括:将一定量的小分子二胺溶于去离子水中,制成水相单体溶液;
步骤2,有机相溶液的制备,包括:将一定量的多元酰氯溶于有机溶剂中,加入一定量的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,超声30~60min,分散均匀,制成有机相溶液;
步骤3,界面聚合反应,包括:将基膜浸泡到水相单体溶液中2-5min,去除多余液体后在空气中晾干;将有机相溶液倒入晾干后的膜表面30-120s,发生界面聚合反应,形成分离层;将界面聚合后的膜在40-80℃下热处理1-5min,促进界面聚合反应。
本发明实施例中,所述的小分子二胺为间苯二胺。本发明实施例中,所述的多元酰氯为均苯三甲酰氯。
本发明实施例中,所述的小分子二胺的质量百分比浓度为1.5%,多元酰氯的质量百分比浓度为0.1%。
本发明实施例中,SGO负载UiO-66复合纳米材料质量百分比浓度为0.02-0.06%。
本发明实施例的一种SGO负载UiO-66复合纳米材料的制备方法,包括如下步骤:
步骤(1),磺化氧化石墨烯纳米材料的制备,其中,SGO是将GO进行磺化所得,GO采用改进Hummers法制备;
将2g石墨粉、1g硝酸钠加入固定在水浴锅中的三口烧瓶中;
将70ml浓硫酸缓慢加入三口烧瓶中,搅拌30min;
再将7g高锰酸钾加入三口烧瓶中,搅拌3h,得到褐色悬浮液。
将210ml水缓慢加入褐色悬浮液中,再向悬浮液中加入质量分数30%双氧水20ml,静置15min后离心,用150ml稀盐酸(3%)清洗离心后的褐色固体;把沉淀分散到600ml水中,离心,透析去除残余的酸和盐,超声6-8h;最后经冷冻干燥机冷干,获得GO纳米材料。SGO的制备是将1g GO加入到20ml的甲醇和15ml的0.50mol/L的H2SO4的混合液中,超声处理1-3h,100℃下干燥所获得的。
步骤(2):磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备
室温下将一定量的SGO溶于50ml的二甲基甲酰胺中超声3-5h后,加入0.932g的氯化锆和1.342g的对苯二甲酸继续超声30-60min,为了提高产物结晶度加入0.5-1ml的浓盐酸,然后把混合液倒入反应釜中放至120℃烘箱中反应36-48h后,取出冷却到室温然后过滤得到沉淀物。沉淀物用二甲基甲酰胺和无水乙醇交替清洗并重复3-5次,以清洗去未反应的对苯二甲酸。抽滤后在60℃的真空烘箱中干燥12-48h制得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料。
本发明实施例中,所述的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料制备中磺化氧化石墨烯:(对苯二甲酸+氯化锆)的质量比为0-0.15。
本发明实施例所制备的膜的测试条件:以去离子水为原料液,1mol/L NaCl为汲取液,在室温下膜面流速为12.5cm/s的条件下测试所制备的正渗透膜的性能,水通量JV和反向盐通量JS,分别按如下公式计算:
Figure BDA0002711199310000061
Figure BDA0002711199310000062
式中,△V表示渗透体积(L),Aeff表示膜有效面积(㎡),Ct表示原水侧t时间的盐浓度(g/L),Vt表示原水侧t时间的体积(L),△t表示渗透时间(h)。
本发明实施例在膜制备过程中加入磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,制备过程简单,成本低廉,所制备的正渗透膜显著提升了水通量,降低了反向盐通量,增加了污染物去除性能。本发明实施例提出的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法中,磺化氧化石墨烯(SGO)是一种氧化石墨烯(GO)的衍生材料,与GO相似,SGO也具有二维结构。SGO表面具有大量环氧基、羧基及磺酸基团,这不仅使得SGO表现出更强的亲水性,也使得为MOFs中金属离子在SGO表面附着提供了吸附位点。利用锆金属离子与磺酸基、羧基之间的螯合作用,锆离子均匀分布在SGO层表面,再通过与对苯二甲酸配位形成具有超小孔隙
Figure BDA0002711199310000063
的金属有机框架材料——UiO66。UiO-66通过这样原位生长的方式分布在SGO片层表面,形成磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料。最后将磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料通过界面聚合的方式添加到正渗透膜的分离层中,制备出一种高分离性能的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜。
本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:(1)室温下,将磺化氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中,一次超声,加入氯化锆和对苯二甲酸,二次超声,加入浓盐酸,获得混合液;其中,氯化锆和对苯二甲酸的摩尔比为1:1;磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.01;
(2)将获得的混合液置于80℃,反应48h,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料。
本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:(1)室温下,将磺化氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中,一次超声,加入氯化锆和对苯二甲酸,二次超声,加入浓盐酸,获得混合液;其中,氯化锆和对苯二甲酸的摩尔比为1:1.5;磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.1;
(2)将获得的混合液置于150℃,反应36h,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料。
本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,包括以下步骤:(1)室温下,将磺化氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中,一次超声,加入氯化锆和对苯二甲酸,二次超声,加入浓盐酸,获得混合液;其中,氯化锆和对苯二甲酸的摩尔比为1:2;磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.15;
(2)将获得的混合液置于180℃,反应40h,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料;
其中,步骤(1)中,一次超声为3h~5h;二次超声为30min~60min。步骤(1)中的磺化氧化石墨烯由氧化石墨烯进行磺化所得;所述氧化石墨烯采用改进Hummers法制备;
步骤(2)还包括:反应后,取出冷却至室温,过滤得到沉淀物;将沉淀物用二甲基甲酰胺和无水乙醇交替清洗以去除未反应的对苯二甲酸;抽滤,干燥。
本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将间苯二胺溶于去离子水中,制备获得水相单体溶液;将均苯三甲酰氯溶于正己烷中,制备获得有机相溶液,向所述有机相溶液中加入本发明制备的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,超声分散均匀,获得处理后的有机相溶液;
步骤2,将基膜浸泡到步骤1制备的水相单体溶液中,去除多余液体后晾干,获得晾干后的膜;将步骤1制备的处理后的有机相溶液加入所述晾干后的膜的表面,用于发生界面聚合反应并形成分离层,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜;
其中,步骤2中还包括:在发生界面聚合反应后,将界面聚合后的膜置于40℃~80℃温度环境下热处理1min~5min,用于促进界面聚合反应;
步骤1制备获得的水相单体溶液中,间苯二胺的质量百分比浓度为1.5%;步骤1制备获得的有机相溶液中,均苯三甲酰氯的质量百分比浓度为0.1%;步骤1制备获得的处理后的有机相溶液中,磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的质量百分比浓度为0.02%~0.06%。
本发明实施例的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜,由本发明上述的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法制备获得。
对比例1:
基膜为聚丙烯腈(PAN)平板式超滤膜,在45℃恒温条件下,将基膜浸入1.5mol/L的NaOH溶液中羧化1h;取出基膜,用去离子水冲洗掉基膜表面的NaOH溶液,至漂洗液pH为中性,得到改性基膜。将改性基膜浸在质量百分比为1.5%间苯二胺水相溶液中2min,晾干后,倾倒质量百分比为0.1%的均苯三酰氯有机相溶液在基膜表面,60s后倒掉多余有机相溶液,最后在60℃下热处理2min。
对所制备的正渗透膜进行评价,两侧膜面流速均为12.5cm/s,进料液为去离子水,汲取液为1mol/L氯化钠溶液,室温条件下测试30min;制备的正渗透膜的水通量为10.5L/(m2.h),反向盐通量为5.8g/(m2.h)。以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为98.0%。
本发明实施例1:
基于对比例1中的正渗透膜制备方法,不同之处仅在于磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料被超声30min分散到有机相溶液中,磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.1,复合纳米材料的质量百分比为0.02%。同样的,对所制备的正渗透膜进行测试,正渗透膜的平均水通量为13.1LMH,反向盐通量为5.1gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为98.9%。
本发明实施例2:
基于本发明实施例1中的正渗透制备方法,不同之处仅在于磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料的质量百分比为0.04%。正渗透膜的平均水通量为14.8LMH,反向盐通量为2.9gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为99.4%。
本发明实施例3:
基于本发明实施例1中的正渗透制备方法,不同之处仅在于磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料的质量百分比为0.06%。正渗透膜的平均水通量为12.5LMH,反向盐通量为4.4gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为99.1%。
本发明实施例4:
基于本发明实施例2中的正渗透制备方法,不同之处仅在于磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.05。正渗透膜的平均水通量为14.3LMH,反向盐通量为5.3gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为98.5%。
本发明实施例5:
基于本发明实施例2中的正渗透制备方法,不同之处仅在于磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为0.15。正渗透膜的平均水通量为12.6LMH,反向盐通量为2.9gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为99.4%。
本发明实施例6:
基于本发明实施例2中的正渗透制备方法,不同之处仅在磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为为0,有机相中加入的是纯金属有机框架材料。正渗透膜的平均水通量为13.7LMH,反向盐通量为6.1gMH;以2000ppm的Pb2+作为原料液,1mol/L氯化钠溶液作为汲取液,重金属离子去除率为98.3%。
实施例1-6复合正渗透膜的各项测试数据详细对比如表1。
表1.本发明实施例的复合正渗透膜的各项测试数据对比
Figure BDA0002711199310000101
Figure BDA0002711199310000111
由表1可以看出,添加磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料制备的正渗透膜水通量提高,反向盐通量降低,重金属离子去除性能改善。本发明将磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料应用于正渗透的膜过程中,提高膜的性能,取得了显著的技术效果。
综上所述,本发明涉及一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法。研究通过原位生长的方式,将金属有机框架材料—UiO-66均匀分布在磺化氧化石墨烯片层上,形成磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料,并将其通过界面聚合的方式添加到正渗透膜的分离层中。机制分析表明:金属有机框架材料的骨架结构和磺化氧化石墨烯的二维片层结构能在分离层中上引入额外的水通道,磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合材料的掺杂提高了正渗透膜的水渗透性能;而磺化氧化石墨烯的层状结构及金属有机框架的小孔隙能增加分离层的曲折度,从而改善膜的截盐性能及污染物去除性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)室温下,将磺化氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺中,一次超声,加入氯化锆和对苯二甲酸,二次超声,加入浓盐酸,获得混合液;其中,氯化锆和对苯二甲酸的摩尔比为1:(1~2);磺化氧化石墨烯的质量与对苯二甲酸、氯化锆二者质量之和的比值为(0,0.15];
(2)将获得的混合液置于80℃~180℃,反应36h~48h,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,一次超声为3h~5h;二次超声为30min~60min。
3.根据权利要求1所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的磺化氧化石墨烯由氧化石墨烯进行磺化所得;所述氧化石墨烯采用改进Hummers法制备。
4.根据权利要求1所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)还包括:反应后,取出冷却至室温,过滤得到沉淀物;将沉淀物用二甲基甲酰胺和无水乙醇交替清洗以去除未反应的对苯二甲酸;抽滤,干燥。
5.一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将间苯二胺溶于去离子水中,制备获得水相单体溶液;将均苯三甲酰氯溶于正己烷中,制备获得有机相溶液,向所述有机相溶液中加入权利要求1制备的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料,超声分散均匀,获得处理后的有机相溶液;
步骤2,将基膜浸泡到步骤1制备的水相单体溶液中,去除多余液体后晾干,获得晾干后的膜;将步骤1制备的处理后的有机相溶液加入所述晾干后的膜的表面,用于发生界面聚合反应并形成分离层,获得磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜。
6.根据权利要求5所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,其特征在于,步骤2中还包括:在发生界面聚合反应后,将界面聚合后的膜置于40℃~80℃温度环境下热处理1min~5min,用于促进界面聚合反应。
7.根据权利要求5所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,其特征在于,步骤1制备获得的水相单体溶液中,间苯二胺的质量百分比浓度为1.5%。
8.根据权利要求5所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,其特征在于,步骤1制备获得的有机相溶液中,均苯三甲酰氯的质量百分比浓度为0.1%。
9.根据权利要求5所述的一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法,其特征在于,步骤1制备获得的处理后的有机相溶液中,磺化氧化石墨烯负载金属有机框架复合纳米材料的质量百分比浓度为0.02%~0.06%。
10.一种磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜,其特征在于,由权利要求5至9中任一项所述的磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜的制备方法制备获得。
CN202011057319.XA 2020-09-29 2020-09-29 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法 Active CN112210081B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011057319.XA CN112210081B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011057319.XA CN112210081B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112210081A true CN112210081A (zh) 2021-01-12
CN112210081B CN112210081B (zh) 2022-06-21

Family

ID=74051655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011057319.XA Active CN112210081B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112210081B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112934006A (zh) * 2021-02-10 2021-06-11 浙江工业大学 一种高通量黑滑石/金属有机框架复合抗菌纳滤膜
CN115069097A (zh) * 2022-07-16 2022-09-20 华北理工大学 一种界面聚合法制备纳米材料复合膜的方法
CN115382394A (zh) * 2022-08-08 2022-11-25 浙江工业大学 由uio-66纳米材料改性的聚烯烃基复合纳滤膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107899431A (zh) * 2017-12-04 2018-04-13 殷建中 锆‑金属有机骨架材料改性聚酰胺正渗透复合膜的制备方法
CN108014655A (zh) * 2017-12-14 2018-05-11 济南大学 基于MIL-101(Cr)/GO的平板式混合基质正渗透膜及制备方法
CN108568217A (zh) * 2018-03-29 2018-09-25 同济大学 一种改性全芳香聚酰胺膜及其制备方法
CN111151301A (zh) * 2020-01-13 2020-05-15 辽宁大学 一种双官能团非均相Pd@MIL-101@SGO复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107899431A (zh) * 2017-12-04 2018-04-13 殷建中 锆‑金属有机骨架材料改性聚酰胺正渗透复合膜的制备方法
CN108014655A (zh) * 2017-12-14 2018-05-11 济南大学 基于MIL-101(Cr)/GO的平板式混合基质正渗透膜及制备方法
CN108568217A (zh) * 2018-03-29 2018-09-25 同济大学 一种改性全芳香聚酰胺膜及其制备方法
CN111151301A (zh) * 2020-01-13 2020-05-15 辽宁大学 一种双官能团非均相Pd@MIL-101@SGO复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RIZKI INSYANI等: "Direct one-pot conversion of monosaccharides into high-yield 2,5-dimethylfuran over a multifunctional Pd/Zr-based metal–organic framework@sulfonated graphene oxide catalyst", 《GREEN CHEMISTRY》 *
冯 胜等: "UiO-66/GO 纳米复合材料的制备及吸附性能", 《精细化工》 *
张 哲等: "UIO-66 改性聚酰胺正渗透复合膜的制备及性能研究", 《中国环境科学》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112934006A (zh) * 2021-02-10 2021-06-11 浙江工业大学 一种高通量黑滑石/金属有机框架复合抗菌纳滤膜
CN112934006B (zh) * 2021-02-10 2022-03-18 浙江工业大学 一种高通量黑滑石/金属有机框架复合抗菌纳滤膜
CN115069097A (zh) * 2022-07-16 2022-09-20 华北理工大学 一种界面聚合法制备纳米材料复合膜的方法
CN115382394A (zh) * 2022-08-08 2022-11-25 浙江工业大学 由uio-66纳米材料改性的聚烯烃基复合纳滤膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112210081B (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112210081B (zh) 磺化氧化石墨烯负载金属有机框架改性正渗透纳米复合膜及其制备方法
Ghanbari et al. Synthesis and characterization of novel thin film nanocomposite reverse osmosis membranes with improved organic fouling properties for water desalination
Behdarvand et al. Polyvinyl alcohol/polyethersulfone thin-film nanocomposite membranes with carbon nanomaterials incorporated in substrate for water treatment
Al-Shaeli et al. Long-term stable metal organic framework (MOF) based mixed matrix membranes for ultrafiltration
CN109847586B (zh) 高通量反渗透膜及其制备方法和用途
Zhao et al. In-situ growth of polyvinylpyrrolidone modified Zr-MOFs thin-film nanocomposite (TFN) for efficient dyes removal
Bao et al. Application of amine-functionalized MCM-41 modified ultrafiltration membrane to remove chromium (VI) and copper (II)
CN103386258A (zh) 一种含改性碳纳米管的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法
KR20160123190A (ko) 그래핀 옥사이드를 포함하는 폴리아크릴로니트릴/키토산 복합체 나노여과막 및 그 제조방법
CN104174299B (zh) 基于超薄支撑层的高通量正渗透膜及其制备方法
CN105617882B (zh) 一种壳聚糖修饰氧化石墨烯纳米复合正渗透膜及其制备方法
Bandehali et al. A new type of [PEI-glycidyl POSS] nanofiltration membrane with enhanced separation and antifouling performance
CN110479109B (zh) 通量高、抗污染性强的聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法
US20160136585A1 (en) Composite Filtration Membranes from Conducting Polymer Nanoparticles and Conventional Polymers
CN114028947A (zh) 一种由氨基功能化ZIFs纳米材料改性的反渗透膜及其制备方法
Xiao et al. MOFs-mediated nanoscale Turing structure in polyamide membrane for enhanced nanofiltration
CN108993165B (zh) 一种层状无机材料有机溶剂纳滤复合膜及其制备方法
CN104028120A (zh) 羧甲基纤维素钠复合物填充聚酰胺纳滤膜的制备方法
Zhang et al. Fluffy-like amphiphilic graphene oxide (f-GO) and its effects on improving the antifouling of PAN-based composite membranes
CN110201544A (zh) 一种高通量高选择性纳滤膜及其制备方法
CN110559888B (zh) 一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜及其制备方法与应用
Fareed et al. Brine desalination via pervaporation using kaolin-intercalated hydrolyzed polyacrylonitrile membranes
CN114797490A (zh) 一种分离阴离子盐的高选择性分离膜的制备方法
Ghalavand et al. ZnO@ PMMA incorporated PSf substrate for improving thin-film composite membrane performance in forward osmosis process
WO2015012869A1 (en) Composite filtration membranes from conducting polymer nanoparticles and conventional polymers

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