CN114849495B - 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法 - Google Patents

基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114849495B
CN114849495B CN202210395024.6A CN202210395024A CN114849495B CN 114849495 B CN114849495 B CN 114849495B CN 202210395024 A CN202210395024 A CN 202210395024A CN 114849495 B CN114849495 B CN 114849495B
Authority
CN
China
Prior art keywords
agnws
cmc
composite film
aqueous dispersion
membrane
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.)
Active
Application number
CN202210395024.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114849495A (zh
Inventor
马兰
王腾
万艳
张桂兰
李歆艳
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.)
Chengdu Yuheng Xinrui Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Yuheng Xinrui Technology Co ltd
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 Chengdu Yuheng Xinrui Technology Co ltd filed Critical Chengdu Yuheng Xinrui Technology Co ltd
Priority to CN202210395024.6A priority Critical patent/CN114849495B/zh
Publication of CN114849495A publication Critical patent/CN114849495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114849495B publication Critical patent/CN114849495B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/1691Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58Fabrics or filaments
    • B01J35/59Membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/02Hydrophilization
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/12Specific ratios of components used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/308Dyes; Colorants; Fluorescent agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/36Organic compounds containing halogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/38Organic compounds containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/40Organic compounds containing sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明涉及材料化学技术领域,提供了一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,包括如下步骤:S1、制备AgNWs/CMC复合膜,将CMC溶液和AgNWs水分散液混合,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在膜上抽滤,得AgNWs/CMC复合膜;本发明所制得的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜通过对膜表面的化学成分和微观结构进行调控,能够有效提升油水分离膜的抗污染性能。

Description

基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法
技术领域
本发明涉及材料化学技术领域,具体而言,涉及一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法。
背景技术
膜分离技术具有成本低,操作简单等特点,被普遍认为在处理含油污水方面具有巨大的应用前景,通过该项技术可实现污水资源化,减轻环境问题,进一步缓解水资源匮乏的现状。然而,膜分离材料在油水分离应用过程中,其膜材料表面极易被污染物吸附导致严重的膜污染,堵塞膜孔隙,降低膜的分离效率,减少分离油水分离膜的使用寿命。目前,传统的油水分离膜普遍存在膜污染问题,严重限制了膜分离技术在该领域的实际应用。改善膜材料的抗污染性能是目前膜分离技术的重要研究方向,对膜分离技术在水处理中的实际应用有着重大意义。
发明内容
本发明提供了一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,所制得的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜通过对膜表面的化学成分和微观结构进行调控,能够有效提升油水分离膜的抗污染性能。
本发明的实施例通过以下技术方案实现:
本发明一方面提供了一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,包括如下步骤:
S1、制备AgNWs/CMC复合膜
将CMC溶液和AgNWs水分散液混合,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在膜上抽滤,得AgNWs/CMC复合膜。
其中,CMC为羧甲基纤维素,购自成都市科龙化工试剂厂。
其中,AgNWs为纳米银线,为实验室自制,直径为76±20nm,长度为19±4μm。
进一步地,在步骤S1中,具体为:
将CMC溶液加入至AgNWs水分散液中,超声分散30min,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在混酸纤维膜表面抽滤,得到AgNWs/CMC复合膜。
其中,CMC溶液的浓度为0.1wt%,AgNWs水分散液的浓度为6mg/mL。
其中,CMC溶液与AgNWs水分散液的体积比为1:(48-52),优选为1:50;
其中,混酸纤维膜的孔径为0.22μm。
进一步地,还包括如下步骤:
S2、制备NH2-MIL-88B(Fe)粉末
将六水三氯化铁、2-氨基对苯二甲酸和DMF混合,制得NH2-MIL-88B(Fe)粉末;
其中,六水三氯化铁购自成都市科龙化工试剂厂。
其中,2-氨基对苯二甲酸购自成都市科龙化工试剂厂。
其中,DMF为二甲基甲酰胺,购自成都市科龙化工试剂厂。
进一步地,在步骤S2中,具体为:
将六水三氯化铁和2-氨基对苯二甲酸分散在DMF中,室温下搅拌30min后超声分散10min,将均匀分散的溶液转移至水热釜中,在110℃下反应12小时,反应结束后将产物在8000rpm下离心10min,将离心下层固体采用无水乙醇清洗三次后,在60℃下干燥48小时,即得到NH2-MIL-88B(Fe)粉末。
其中,按质量比计,六水三氯化铁:2-氨基对苯二甲酸:DMF=1:(0.6-0.7):(51-53),优选为1:0.67:52。
S3、制备AgNWs/CMC@NMB-x复合膜
将步骤S2所得NH2-MIL-88B(Fe)粉末加水分散得到NH2-MIL-88B(Fe)水分散液,再与步骤S1所得AgNWs/CMC水分散液混合,在膜上抽滤,得到AgNWs/CMC@NMB-x复合膜。
其中,在步骤S3中,按体积比计,AgNWs/CMC水分散液:NH2-MIL-88B(Fe)水分散液=1:(1.1-1.3),优选为1:1.2;
其中,NH2-MIL-88B(Fe)水分散液的浓度为0.27-0.5mg/mL。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:
(1)所制备的AgNWs/CMC复合膜具有良好的亲水性能,负载NH2-MIL-88B(Fe)后,AgNWs/CMC@NMB-x体现出优异表面超亲水/水下超疏油润湿性能。上述复合膜均具有较高的水通量,其中AgNWs/CMC、AgNWs/CMC@NMB-1、AgNWs/CMC@NMB-2、AgNWs/CMC@NMB-3的纯水通量分别为:7154.87L·m-2·h-1·bar-1、6662.58L·m-2·h-1·bar-1、5809.16L·m-2·h-1·bar-1、5035.56L·m-2·h-1·bar-1
(2)结果表明,加入NH2-MIL-88B(Fe)后,所制备的AgNWs/CMC@NMB-x复合膜对含表面活性剂稳定的油水乳状液和不含表面活性剂稳定的油水乳状液均具有良好的分离效果,结果表明复合膜对上述乳状液分离效果均分别能达到98.8%和99.0%以上。同时,加入NH2-MIL-88B(Fe)后,AgNWs/CMC@NMB-x复合膜表面形成了微、纳粗糙结构,使复合膜表现出优异的抗污染性能。
(3)所制备的复合膜具有良好的可见光驱动光催化降解性能。在可见光下,AgNWs/CMC@NMB-2复合膜可在90min内实现对100mL 10ppm亚甲基蓝(MB)溶液的全部降解,结果表明所制备的AgNWs/CMC@NMB复合膜体现出优异的可见光驱动-自清洁能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,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相关的附图。
图1是NH2-MIL-88B(Fe)、AgNWs/CMC复合膜与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的红外(FTIR)谱图;
图2是NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的XRD图;
图3是NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的XPS全谱图;
图4是(a)AgNWs的SEM图;(b)NH2-MIL-88B(Fe)粉末SEM图;(c)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的表面SEM图;AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的表面EDX图(d)与EDS mapping(e);
图5是AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB复合膜在空气中的水接触角(WCA)(a)与水下油接触角(OCA)(b);AgNWs/CMC@NMB复合膜的不同油相水下接触角(c)及水下对油的抗粘附性能(d);
图6是AgNWs/CMC、AgNWs/CMC@NMB-x不同复合膜的水通量(a)和分离性能(b);
图7是(a)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对六种含SDS乳状液分离性能图;(b)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对五种不含SDS乳状液分离性能图;
图8是(a)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的环己烷循环测试图;(b)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的环己烷乳状液循环测试的滤液对比图片;
图9是(a)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在可见光下对亚甲基蓝的降解的紫外可见吸收峰;(b)AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在可见光下对亚甲基蓝的降解效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例用于制备AgNWs/CMC复合膜,包括如下步骤:
S1、制备AgNWs/CMC复合膜
将1mL浓度为0.1wt%的CMC溶液加入至50mL浓度为6mg/mL的AgNWs水分散液中,超声分散30min,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在混酸纤维膜表面抽滤,得到AgNWs/CMC复合膜。
实施例2
本实施例用于制备AgNWs/CMC@NMB-1复合膜,包括如下步骤:
S1、制备AgNWs/CMC水分散液
将1mL浓度为0.1wt%的CMC溶液加入至50mL浓度为6mg/mL的AgNWs水分散液中,超声分散30min,得到AgNWs/CMC水分散液;
S2、制备NH2-MIL-88B(Fe)粉末
将0.54克的六水三氯化铁和0.36克的2-氨基对苯二甲酸分散在28克的DMF中,室温下搅拌30min后超声分散10min,将均匀分散的溶液转移至水热釜中,在110℃下反应12小时,反应结束后将产物在8000rpm下离心10min,将离心下层固体采用无水乙醇清洗三次后,在60℃下干燥48小时,即得到NH2-MIL-88B(Fe)粉末;
S3、制备AgNWs/CMC@NMB-x复合膜
取15mg步骤S2所得NH2-MIL-88B(Fe)粉末加55mL水分散得到浓度为0.2727mg/mL的NH2-MIL-88B(Fe)水分散液,再与步骤S1所得AgNWs/CMC水分散液混合,按体积比计,AgNWs/CMC水分散液:NH2-MIL-88B(Fe)水分散液=1:1.2,在膜上抽滤,得到AgNWs/CMC@NMB-1复合膜。
实施例3
其余特征与实施例2相同,所不同之处在于,在步骤S3中,NH2-MIL-88B(Fe)粉末的用量为20mg,即所得NH2-MIL-88B(Fe)水分散液的浓度为0.3636mg/mL,最终得到AgNWs/CMC@NMB-2复合膜。
实施例4
其余特征与实施例2相同,所不同之处在于,在步骤S3中,NH2-MIL-88B(Fe)粉末的用量为25mg,即所得NH2-MIL-88B(Fe)水分散液的浓度为0.4545mg/mL,最终得到AgNWs/CMC@NMB-3复合膜。
实验例
对上述实施例1-4所制得的各复合膜,采用FTIR、XPS、XRD、SEM等仪器表征其化学组成、微观形貌及结构,分别测试了红外(PTIR)谱图、XRD图、XPS全谱图、SEM图、接触角测试、水通量测试、分离效果测试、循环测试、催化活性测试。
实验结果
(1)图1为NH2-MIL-88B(Fe)、AgNWs/CMC复合膜与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的红外(FTIR)谱图。NH2-MIL-88B(Fe)的红外谱图中,在3465cm-1与3353cm-1处代表-NH2的特征吸收峰。1580cm-1和1382cm-1处的两个吸收峰是由典型的羧基伸缩振动引起的。1257cm-1和769cm-1处的峰分别是由苯环的C-N和C-H键引起的。同时,在520cm-1和440cm-1处出现的特征吸收峰为Fe-O键的伸缩振动峰。上述特征峰的出现说明了Fe(III)阳离子簇和有机配体之间的相互作用,表明NH2-MIL-88B(Fe)材料的成功制备。AgNWs/CMC复合膜与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的ATR-FTIR由于具有膜表面的物质含量较少,主要体现出基底膜(混酸纤维膜)的特征吸收峰。
(2)图2为NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的XRD图。所制备的NH2-MIL-88B(Fe)材料与文献中的XRD峰值吻合,表明了NH2-MIL-88B(Fe)材料的成功制备。将一维材料银纳米线(AgNWs)与CMC,以及NH2-MIL-88B(Fe)通过自组装形成了AgNWs/CMC@NMB-2复合膜后,复合膜的XRD图中存在NH2-MIL-88B(Fe)材料的特征衍射峰,此外在2θ=38.2°与2θ=44.4°处具有较强的衍射峰,代表复合膜表面具有AgNWs材料。通过XRD谱图分析,说明NH2-MIL-88B(Fe)粉末材料和AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的成功制备。
(3)图3是NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的XPS全谱图。采用了X射线光电子能谱XPS分别对NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜表面的化学组成进行了表征,结果见图3。对比NH2-MIL-88B(Fe)与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的XPS全谱图可知,具有类似的峰出现,同时Fe 2p峰的出现表明了NH2-MIL-88B(Fe)材料的存在。在AgNWs/CMC@NMB-2的XPS谱图中所出现的Ag 3d峰表明了复合膜表面负载了AgNWs,进一步说明了AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的成功制备。
(4)对部分原料以及复合膜微观形貌进行了分析。图中所制备的AgNWs材料具有均匀一维结构,且具有较高的长径比,见图4(a),表明银纳米线的存在。通过NH2-MIL-88B(Fe)粉末材料的SEM图可观察到大量的晶体结构,证实了NH2-MIL-88B(Fe)材料的成功制备。所形成的AgNWs/CMC@NMB复合膜中能够观察到大量的NH2-MIL-88B(Fe)晶体存在,同时能够观察到一维银纳米线以及羧甲基纤维素材料,说明复合膜的成功制备。此外,对复合膜表面进行了元素分析,由EDX图(见图4(d))可得,复合膜表面存在大量的Ag、Fe元素,进一步验证了复合膜的成功制备。进一步通过EDS mapping分析了复合膜表面元素的分布情况,结果显示复合膜表面的元素分布均匀,说明了银纳米线(AgNWs)、NH2-MIL-88B(Fe)以及CMC具有良好的分散性在复合膜表面分布均匀。
(5)膜的表面润湿性能是油水分离膜的重要性能指标,采用接触角测试表征了AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的润湿性能,各复合膜表面在空气中被水润湿的结果见图5(a)。由图5(a)可知,AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在空气中的水接触角(WCA)分别43.2°与0°,均表现出良好的亲水性能。其中AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的接触角测试过程中,水滴接触表面瞬间在表面铺展开,在40ms时接触角(WCA)达到0°,说明AgNWs/CMC@NMB-2复合膜体现出超亲水(Superhydrophilicity)的性质。这是由于复合膜表面由强亲水的羧甲基纤维素(CMC)与NH2-MIL-88B(Fe)材料构成,同时,NH2-MIL-88B(Fe)材料在复合膜表面构建了微、纳粗糙结构,从而使AgNWs/CMC@NMB-2复合膜体现出超亲水性质。采用二氯乙烷为油相测试了复合膜的水下超疏油性能,结果见图5(b),AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的水下油接触角(OCA)分别为147.5°,164.2°。AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的水下油接触角(OCA)大于150°,说明其具有水下超疏油性质。此外,本实验例对AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在水下的不同油相接触角进行了分析(见图5(c)),分别测定了二氯乙烷、正己烷、十六烷、柴油以及二甲苯在复合膜表面的水下油接触角(OCA),分别为164.2°、160.6°、161.8°、163.3°、163.4°。结果显示AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对多种不同类型的油均体现出良好的水下超疏油性能。
图5(d)为AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在水下对油的抗粘附性能实验,实验结果表明,AgNWs/CMC@NMB-2复合膜具有良好的水下抗油粘附性能。这同样由于膜表面存在亲水性的羧甲基纤维素(CMC)与NH2-MIL-88B(Fe)的物质,以及NH2-MIL-88B(Fe)所形成的粗糙结构,使得复合膜具有表面超亲水-水下超疏油的优异润湿性能。
(6)图6为AgNWs/CMC、AgNWs/CMC@NMB-2不同复合膜的水通量(a)和分离性能(b)。膜通量的大小与膜结构以及膜的亲水性有着紧密的关系。平均孔径高,孔隙率大,膜结构疏松的微孔膜,对水有着更低的过膜阻力,因而具有更高的纯水通量。具有高亲水性的膜能与水分子具有更好的亲和作用,有助于水分子通过膜,体现出更高的水通量。对所制备的AgNWs/CMC、AgNWs/CMC@NMB-1、AgNWs/CMC@NMB-2、AgNWs/CMC@NMB-3四种复合膜的纯水通量进行了测定,结果见图6(a))。结果表明AgNWs/CMC、AgNWs/CMC@NMB-1、AgNWs/CMC@NMB-2、AgNWs/CMC@NMB-3的纯水通量分别为:7154.87L·m-2·h-1·bar-1、6662.58L·m-2·h-1·bar-1、5809.16L·m-2·h-1·bar-1、5035.56L·m-2·h-1·bar-1。结果表明AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB-x复合膜均具有较高纯水的通量,说明所制备的复合膜均具有较好的亲水性。对比AgNWs/CMC与AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的纯水通量可知,随着NH2-MIL-88B(Fe)量的増加,复合膜的孔结构更加致密,膜孔径减小,过膜阻力增加,导致复合膜的纯水通量出现一定程度的下降,但仍能保持在5809.16L·m-2·h-1·bar-1。说明所制备的复合膜均具有较高的纯水通量。
(7)图7为AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对六种含SDS乳状液与五种不含SDS乳状液的分离性能图。其中图7(a)为复合膜对六种乳状液(含SDS)的分离情况,结果表明虽然油相不同,其性质和在乳状液中的浓度不同,使其在分离过程中通量不同(AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对柴油、汽油、轻质原油、甲苯、环己烷、正己烷六种含SDS乳状液的分离通量分别为:2474.31L·m-2·h-1·bar-1、2566.48L·m-2·h-1·bar-1、2233.66L·m-2·h-1·bar-1、2894.02L·m-2·h-1·bar-1、2995.65L·m-2·h-1·bar-1、3193.23L·m-2·h-1·bar-1)。但AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对六种乳状液均具有良好的分离性能,且分离效率均达到98.8%以上;说明AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对含有表面活性剂稳定的乳状液均有较好的分离性能。
进一步考察了AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对五种不含SDS的乳状液的分离效果。结果见图7(b),AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对此类油水乳状液均同样具有良好的分离性能,且同样由于油相不同,其性质和在乳状液中的浓度不同,使其在分离过程中通量不同(AgNWs/CMC@NMB-2复合膜对柴油、汽油、轻质原油、甲苯、环己烷五种不含SDS乳状液的分离通量分别为:2980.7L·m-2·h-1·bar-1、2875.44L·m-2·h-1·bar-1、2722.49L·m-2·h-1·bar-1、3221.94L·m-2·h-1·bar-1、3519.45L·m-2·h-1·bar-1)。AgNWs/CMC@NMB-2复合膜在分离不含SDS的乳状液时整体上其分离效率以及通量较大。
(8)本实验例通过循环测试考察了AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的抗污染性能。测试中采用SDS稳定的环己烷油水乳状液为污染模型。由图8可知,在十次循环测试过程中,AgNWs/CMC@NMB-2复合膜均表现出对环己烷乳状液的良好分离性能。同时,在循环过程中AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的水通量和处理乳状液的通量均未出现大幅度地衰减,水通量仍保持在5197.18L·m-2·h-1·bar-1,这是由于负载NH2-MIL-88B(Fe)不仅提高了AgNWs/CMC@NMB-2复合膜表面的亲水能力,NH2-MIL-88B(Fe)纳米颗粒在膜表面构筑了微、纳粗糙结构,有利于水分子快速在膜表面形成水化膜,降低了油污对膜表面的粘附性,因此,通过纯水对膜表面的清洗即可实现水通量的恢复。循环测试结果表明,AgNWs/CMC@NMB-2复合膜具有良好的抗污染能力和较高的重复使用率,提高了复合膜在应用中的重复操作性及使用寿命。
(9)对AgNWs/CMC@NMB-2复合膜的光芬顿催化活性进行了评价,采用亚甲基蓝(MB)为污染物,考察复合膜的在可见光下对有机污染物的光催化降解活性。从图9(b)可明显观察到,复合膜在90min内在可见光作用下实现了对MB染料的全部降解。同时可根据测定溶液的紫外可见吸收峰来表征溶液中的亚甲基蓝浓度,结果见图9(a),在处理之前,可以看到在664nm有强的吸收峰,说明亚甲基蓝(MB)的浓度较高,随着光辐射时间增加,溶液中的亚甲基蓝浓度逐渐减小,并在90min内实现了对溶液中亚甲基蓝(MB)的全部降解。实验结果表明AgNWs/CMC@NMB-2复合膜具有非常优异的可见光芬顿催化活性,能够在较短的时间内有效地降解有机污染物。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、制备AgNWs/CMC复合膜
将CMC溶液和AgNWs水分散液混合,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在膜上抽滤,得AgNWs/CMC复合膜;
还包括如下步骤:
S2、制备NH2-MIL-88B(Fe)粉末
将六水三氯化铁、2-氨基对苯二甲酸和DMF混合,制得NH2-MIL-88B(Fe)粉末;
S3、制备AgNWs/CMC@NMB-x复合膜
将步骤S2所得NH2-MIL-88B(Fe)粉末加水分散得到NH2-MIL-88B(Fe)水分散液,再与步骤S1所得AgNWs/CMC水分散液混合,在膜上抽滤,得到AgNWs/CMC@NMB-x复合膜;
在步骤S1中,具体为:
将CMC溶液加入至AgNWs水分散液中,超声分散30min,得到AgNWs/CMC水分散液,再将AgNWs/CMC水分散液在混酸纤维膜表面抽滤,得到AgNWs/CMC复合膜;
CMC溶液的浓度为0.1wt%,AgNWs水分散液的浓度为6mg/mL;
NH2-MIL-88B(Fe)水分散液的浓度为0.27-0.5mg/mL。
2.根据权利要求1所述的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,其特征在于,CMC溶液与AgNWs水分散液的体积比为1:(48-52)。
3.根据权利要求1所述的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,具体为:
将六水三氯化铁和2-氨基对苯二甲酸分散在DMF中,室温下搅拌30 min后超声分散10min,将均匀分散的溶液转移至水热釜中,在110 ℃下反应12小时,反应结束后将产物在8000 rpm下离心10 min,将离心下层固体采用无水乙醇清洗三次后,在60 ℃下干燥48小时,即得到NH2-MIL-88B(Fe)粉末。
4.根据权利要求3所述的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,其特征在于,按质量比计,六水三氯化铁:2-氨基对苯二甲酸:DMF=1:(0.6-0.7):(51-53)。
5.根据权利要求1所述的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法,其特征在于,在步骤S3中,按体积比计,AgNWs/CMC水分散液:NH2-MIL-88B(Fe)水分散液=1:(1.1-1.3)。
6.一种基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜,其特征在于,由如权利要求1-5任意一项所述的基于铁基MOF材料的可见光驱动自清洁复合膜的制备方法制得。
CN202210395024.6A 2022-04-15 2022-04-15 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法 Active CN114849495B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210395024.6A CN114849495B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210395024.6A CN114849495B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114849495A CN114849495A (zh) 2022-08-05
CN114849495B true CN114849495B (zh) 2023-06-30

Family

ID=82632168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210395024.6A Active CN114849495B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114849495B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117815912B (zh) * 2024-03-05 2024-04-30 内蒙古森鼎环保节能股份有限公司 一种抗污染长寿命超滤膜材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110075815A (zh) * 2019-05-24 2019-08-02 西北大学 新型雾霾高效过滤银纳米线网与MOFs复合多孔纤维薄膜材料及其制备方法
CN112791601A (zh) * 2020-12-24 2021-05-14 成都恒固新材料科技有限公司 一种基于协同分离和光芬顿自清洁的复合膜
CN114302778A (zh) * 2019-12-27 2022-04-08 昭和电工株式会社 银纳米线分散液的制造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011156519A (ja) * 2010-02-04 2011-08-18 Sekisui Chem Co Ltd 高分子水処理膜、水処理方法及び高分子水処理膜のメンテナンス方法
JP5692885B2 (ja) * 2011-12-08 2015-04-01 エルジー・ケム・リミテッド 銀ナノワイヤ層を含む逆浸透膜及びその製造方法
CN105771680A (zh) * 2016-04-20 2016-07-20 嘉兴中科检测技术服务有限公司 一种复合正渗透膜及其制备方法
CN107617344B (zh) * 2017-09-01 2020-10-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 负载纳米线的聚合物微孔膜及其制备方法
CN109603589B (zh) * 2019-01-04 2021-02-05 东北师范大学 一种Ag@NH2-MIL-125/聚芳醚砜杂化致密型反应性超滤膜及其制备方法
CN111132533B (zh) * 2019-12-31 2021-07-13 浙江工业大学 一种MXene/银纳米线复合电磁屏蔽膜
CN111871207B (zh) * 2020-07-17 2022-01-25 中国海洋大学 一种纳米线反渗透复合膜及其制备方法
CN112023720B (zh) * 2020-07-31 2021-07-06 西华大学 一种抗污染碳酸钙基纤维素复合膜及其制备方法和应用
CN112058099B (zh) * 2020-09-23 2021-08-31 河南理工大学 一种改性的pvdf膜及制备方法
CN113161042B (zh) * 2021-04-16 2022-12-09 深圳市华科创智技术有限公司 一种基于银纳米线的羧甲基纤维素钠柔性透明导电薄膜的制备方法
CN113382621A (zh) * 2021-05-18 2021-09-10 浙江工业大学 一种高电导率MXene/银纳米线复合电磁屏蔽膜的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110075815A (zh) * 2019-05-24 2019-08-02 西北大学 新型雾霾高效过滤银纳米线网与MOFs复合多孔纤维薄膜材料及其制备方法
CN114302778A (zh) * 2019-12-27 2022-04-08 昭和电工株式会社 银纳米线分散液的制造方法
CN112791601A (zh) * 2020-12-24 2021-05-14 成都恒固新材料科技有限公司 一种基于协同分离和光芬顿自清洁的复合膜

Also Published As

Publication number Publication date
CN114849495A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Enhanced dispersibility of metal–organic frameworks (MOFs) in the organic phase via surface modification for TFN nanofiltration membrane preparation
Pishnamazi et al. Metal organic framework nanoparticles loaded-PVDF/chitosan nanofibrous ultrafiltration membranes for the removal of BSA protein and Cr (VI) ions
Feng et al. Multifunctional metal organic framework and carbon nanotube-modified filter for combined ultrafine dust capture and SO 2 dynamic adsorption
US9186651B2 (en) Metal organic framework modified materials, methods of making and methods of using same
CN108404687B (zh) 一种用于空气净化的多层次功能膜的制备方法
Zhu et al. NH2-MIL-125@ PAA composite membrane for separation of oil/water emulsions and dyes
CN114849495B (zh) 基于铁基mof材料的可见光驱动自清洁复合膜及制备方法
CN111068527B (zh) 用于去除重金属污染物的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法
He et al. One-step facile fabrication of mechanical strong porous boron nitride nanosheets–polymer electrospun nanofibrous membranes for repeatable emulsified oil/water separation
CN108126650B (zh) 功能化柔性无机多孔纤维膜、制备方法及其在同时去除水中油污及重金属离子方面的应用
CN109499393A (zh) 一种分离含油污水的超亲水pvdf油水分离膜及其制备方法与应用
Deng et al. Underwater superoleophobic HKUST-1/PDA@ SM membrane with excellent stability and anti-fouling performance for oil-in-water emulsion separation
CN112023721B (zh) 一种可见光驱动自清洁氮化碳多功能复合膜及其制备方法和应用
CN112090300B (zh) 一种亲水化锆基mof掺杂pvdf膜的制备方法、产品及应用
CN105797596B (zh) 一种用于水净化的过滤膜的制备方法
CN110280048B (zh) 一种用于油水乳液分离的水下超疏油且油下超疏水材料及其无溶剂制备方法
Samari et al. A new antifouling metal-organic framework based UF membrane for oil-water separation: A comparative study on the effect of MOF (UiO-66-NH2) ligand modification
CN113813801B (zh) 一种掺杂ZIFs@聚离子液体复合物的混合基质超滤膜及其制备方法
Lu et al. Fabrication of GO/PAN nanofiber membrane grafted with chitosan as efficient adsorbent for dye removal
Gong et al. A review on zeolitic imidazolate framework-8 based materials with special wettability for oil/water separation
Doğan et al. Examining the hydrophobic properties of electrospun oxide-induced polystyrene nanofibers for application in oil-water separation
EP3866966A1 (en) Fluoride removal process
Mir et al. Development of Self-Cleaning g-C3N4/Zn (OH) 2 Nanocomposite-Coated Mesh for Oil–Water Emulsion Separation
CN112023720B (zh) 一种抗污染碳酸钙基纤维素复合膜及其制备方法和应用
Dai et al. Preparation of a PVDF–PDA–DETA@ PVP@ HNT membrane for high efficiency oil–water emulsion separation

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230601

Address after: No. 1410, 14th Floor, Building 2, No. 530, Middle Section of Tianfu Avenue, High tech Zone, Chengdu, Sichuan, 610000

Applicant after: Chengdu Yuheng Xinrui Technology Co.,Ltd.

Address before: 610036 No. 999 Tuqiao Jinzhou Road, Jinniu District, Chengdu City, Sichuan Province

Applicant before: XIHUA University

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant