本申請(qǐng)涉及納米材料及油水分離領(lǐng)域,更具體地說,涉及一種可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜及其制備方法。
背景技術(shù):
1、含油廢水的排放對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重危害的同時(shí),也產(chǎn)生了嚴(yán)重的資源浪費(fèi),如何快速、高效的處理含油廢水以實(shí)現(xiàn)油品凈化、廢油回收已成為世界性的研發(fā)課題。
2、膜分離技術(shù)是一種采用膜材料進(jìn)行油水分離的高效含油廢水處理技術(shù),其中,全氟聚合物由于具有優(yōu)良的耐熱性、耐藥品性、非粘著性、疏水性、耐磨性、電絕緣性和良好的熱塑加工性能,被廣泛用于制備膜材料了。
3、目前,有的廠商為了提高全氟聚合物纖維膜對(duì)油性液體的通透性,制備出一種親油改性全氟聚合物膜,提高了油通量,但該膜功能較為單一,無法很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)油性染料的催化降解。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了在提高對(duì)油性液體通透性的同時(shí),賦予纖維膜對(duì)親油性燃料的催化降解功能,本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜及其制備方法。
2、第一方面,本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,采用如下的技術(shù)方案:
3、一種可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,由紡絲液經(jīng)靜電紡絲得到;
4、所述紡絲液由如下重量百分比的組分組成:
5、聚乙烯醇9-15wt%;
6、改性碳納米粒子1-2wt%;
7、硼酸0.5-1wt%;
8、全氟聚合物分散液余量;
9、所述改性碳納米粒子的制備原料包括碳納米粒子、六水硝酸鈷、2-甲基咪唑、硝酸銅/硝酸銀和溶劑。
10、通過采用上述技術(shù)方案:以六水硝酸鈷和2-甲基咪唑反應(yīng),蝕刻碳納米粒子,同時(shí)引入硝酸銅/硝酸銀摻雜到晶格中,提高催化活性,制得具有吸附、催化降解效果的改性碳納米粒子。將上述改性粒子引入到紡絲液中經(jīng)靜電紡絲使所制纖維膜具備上述性能,對(duì)油性染料(蘇丹ⅲ)催化降解效率從0%提升至99.7%,且能夠有效提高纖維膜的親油性,對(duì)煤油的通量從低于200l/m2·h·bar顯著提升至1433l/m2·h·bar。
11、可選的,所述改性碳納米粒子的制備方法為:
12、將六水硝酸鈷、硝酸銅/硝酸銀分散于溶劑中,得到混合液a;將碳納米粒子、2-甲基咪唑分散于溶劑中,得到混合液b;將混合液a、混合液b共混,反應(yīng)、離心去除上清液、洗滌、干燥,即得。
13、通過采用上述技術(shù)方案:先將六水硝酸鈷和硝酸銅/硝酸銀,碳納米粒子和2-甲基咪唑分別制得分散液,使得各組分充分分散,隨后將混合液a、b共混反應(yīng),使得反應(yīng)充分,提高改性效果。
14、可選的,所述混合液a中,六水硝酸鈷的濃度為8-20mg/ml、硝酸銅/硝酸銀5-15mg/ml。
15、可選的,所述混合液b中,碳納米粒子的濃度為100-800mg/ml,2-甲基咪唑的濃度為50-70mg/ml。
16、通過采用上述技術(shù)方案:當(dāng)六水硝酸鈷、硝酸銅/硝酸銀、碳納米粒子、2-甲基咪唑的濃度處于上述范圍內(nèi),所制改性碳納米粒子對(duì)纖維膜的通量和催化降解效果的提升作用較強(qiáng)。
17、可選的,所述碳納米粒子為納米石墨粉、石墨烯、碳納米管、富勒烯中的一種。
18、可選的,所述溶劑由無水甲醇與無水乙醇按體積比7:3組成。
19、可選的,所述全氟聚合物分散液為聚四氟乙烯分散液、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物分散液中的一種。
20、可選的,所述全氟聚合物分散液固含量為40%-60%。
21、第二方面,本申請(qǐng)?zhí)峁┛纱呋到庥托匀玖系氖杷{米纖維膜的制備方法,采用如下的技術(shù)方案:
22、一種可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜的制備方法,包括以下步驟:
23、s1、將聚乙烯醇、改性碳納米粒子、硼酸和全氟聚合物分散液共混,消泡,即得紡絲液;
24、s2、將紡絲液進(jìn)行靜電紡絲、于350-380℃下煅燒3-5h,即得。
25、通過采用上述技術(shù)方案:工藝步驟較少,簡(jiǎn)潔高效,有利于工業(yè)化放大規(guī)模制備全氟纖維膜,且所制纖維膜的通量大、對(duì)油性染料具有良好的催化降解效果。
26、可選的,所述靜電紡絲的具體參數(shù)為:電壓12-18kv,注射器流量0.6-1.0ml/min,溫度35-40℃,濕度65-70%。
27、綜上所述,本申請(qǐng)具有以下有益效果:
28、1、本申請(qǐng)引入改性碳納米粒子,顯著提升了制備得到的全氟聚合物納米纖維膜對(duì)親油性,同時(shí)使得納米纖維膜具有對(duì)油性染料催化降解功能,對(duì)煤油的通量從低于200l/m2·h·bar升至1433l/m2·h·bar,提升了一個(gè)數(shù)量級(jí);同時(shí)對(duì)油性染料(蘇丹ⅲ)催化效率從0%提升至99.7%;
29、2、本申請(qǐng)的改性碳納米粒子的制備過程中引入硝酸銅或硝酸銀,提高催化降解活性,纖維膜對(duì)油性染料(蘇丹ⅲ)催化效率為99.7%,顯著高于未使用硝酸銅/硝酸銀或引入其他硝酸鹽的纖維膜的催化效率20.1-32.2%;
30、3、本申請(qǐng)的方法,打破了傳統(tǒng)聚合物纖維膜制備方法單一性(如nips、tips法等),所制纖維膜具有全氟聚合物基本的疏水、親油性,引入改性碳納米碳粒子進(jìn)一步提升了親油性能,使得膜對(duì)油品通量顯著提升,同時(shí)賦予纖維膜對(duì)油性染料(蘇丹ⅲ)進(jìn)行催化降解的功能。
1.一種可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于,由紡絲液經(jīng)靜電紡絲得到;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述改性碳納米粒子的制備方法為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述混合液a中,六水硝酸鈷的濃度為8-20mg/ml、硝酸銅/硝酸銀5-15mg/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述混合液b中,碳納米粒子的濃度為100-800mg/ml,2-甲基咪唑的濃度為50-70mg/ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述碳納米粒子為納米石墨粉、石墨烯、碳納米管、富勒烯中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述溶劑由無水甲醇與無水乙醇按體積比7:3組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述全氟聚合物分散液為聚四氟乙烯分散液、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物分散液中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜,其特征在于:所述全氟聚合物分散液固含量為40%-60%。
9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜的制備方法,其特征在于:包括以下步驟:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可催化降解油性染料的疏水全氟納米纖維膜的制備方法,其特征在于,所述靜電紡絲的具體參數(shù)為:電壓12-18kv,注射器流量0.6-1.0ml/min,溫度35-40℃,濕度65-70%。