本發明涉及環(huan)境功能材(cai)料制備與應(ying)用，特別(bie)是涉及一(yi)種油水分離用g-c3n4@feooh納(na)米(mi)管(guan)/氧化石墨炔納(na)米(mi)網復合膜(mo)、制備方(fang)法(fa)和應(ying)用。

背景技術：

1、隨(sui)著全球范圍含油廢水(shui)排放(fang)量(liang)的(de)(de)增加，人們對(dui)尋求(qiu)有效的(de)(de)廢水(shui)處理方法的(de)(de)需求(qiu)日(ri)益迫切。在這方面，高(gao)性能(neng)和高(gao)強度(du)油水(shui)分(fen)離(li)膜(mo)的(de)(de)研究成為了熱(re)點。這其中，氧(yang)化(hua)石墨炔具有與水(shui)分(fen)子(zi)超高(gao)的(de)(de)親和力(li)及(ji)良(liang)好的(de)(de)成膜(mo)能(neng)力(li)，是(shi)一(yi)種備受關注的(de)(de)膜(mo)材料。而且(qie)親水(shui)性的(de)(de)氧(yang)化(hua)石墨炔膜(mo)表面形(xing)成的(de)(de)水(shui)合層能(neng)夠阻礙一(yi)些污染物(wu)的(de)(de)吸(xi)附，因此具有一(yi)定的(de)(de)抗污染能(neng)力(li)。

2、然而，氧化石墨(mo)炔(gui)層狀膜中的(de)(de)傳質通(tong)(tong)道(dao)主要(yao)是層間與邊緣相接處，這種長且曲(qu)折的(de)(de)傳輸(shu)路徑會延長傳輸(shu)距離(li)，即增加了水(shui)通(tong)(tong)過膜的(de)(de)時間，導致膜的(de)(de)滲透性(xing)不高(gao)。此外，膜在(zai)分離(li)過程(cheng)中積累的(de)(de)污(wu)染(ran)物難以用常(chang)規的(de)(de)清洗(xi)方(fang)法去除，降低了膜的(de)(de)使(shi)用壽命。為了解決這一問題，開發一種具有高(gao)通(tong)(tong)量、高(gao)效率、自清潔以及機(ji)械性(xing)能優(you)異的(de)(de)氧化石墨(mo)炔(gui)復合膜具有重要(yao)的(de)(de)意義。

技術實現思路

1、本發明的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)在于(yu)，提供一種油水分(fen)(fen)離用(yong)g-c3n4@feooh納米管(guan)/氧化石(shi)墨(mo)炔納米網復(fu)合(he)膜(mo)、制備方(fang)法(fa)和應(ying)用(yong)。本發明解決了(le)現(xian)有(you)的(de)(de)(de)(de)油水分(fen)(fen)離材料難以兼顧(gu)油水分(fen)(fen)離膜(mo)的(de)(de)(de)(de)高(gao)分(fen)(fen)離效率、高(gao)水通量、高(gao)機(ji)械強度和自清(qing)潔性(xing)能等的(de)(de)(de)(de)問(wen)題，提出了(le)一種成(cheng)本低廉、合(he)成(cheng)方(fang)法(fa)簡單的(de)(de)(de)(de)用(yong)于(yu)油水分(fen)(fen)離的(de)(de)(de)(de)g-c3n4@feooh納米管(guan)/氧化石(shi)墨(mo)炔納米網復(fu)合(he)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)制備方(fang)法(fa)。

2、為(wei)實現上述(shu)目的，本發明提供(gong)了如下技術方案：

3、本(ben)發明技術方案之一(yi)：提供一(yi)種(zhong)g-c3n4@feooh納米管(guan)/氧化(hua)石(shi)墨炔納米網復合(he)膜的(de)制備方法，所述復合(he)膜通過在基底膜表面負載修飾層得到；

4、所述修飾層通(tong)(tong)過g-c3n4@feooh納(na)(na)(na)米管復合材(cai)(cai)料與(yu)氧化石墨(mo)炔納(na)(na)(na)米網粉末(mo)自組(zu)裝得(de)到；所述g-c3n4@feooh納(na)(na)(na)米管復合材(cai)(cai)料通(tong)(tong)過在g-c3n4納(na)(na)(na)米管表面(mian)原位生長羥(qian)基氧化鐵得(de)到。

5、更優選地(di)，所述(shu)制(zhi)備方(fang)法包括以(yi)下步驟：

6、(1)將三(san)聚氰胺和三(san)聚氰酸在水中(zhong)混(hun)合(he)，反應，煅燒，得到g-c3n4納(na)米(mi)管材料(liao)；將所述g-c3n4納(na)米(mi)管與fe3+鹽和銨鹽在有機溶劑中(zhong)混(hun)合(he)，包覆反應，得到g-c3n4@feooh納(na)米(mi)管復合(he)材料(liao)；

7、(2)配置氧(yang)化石墨(mo)炔懸浮液，加入消解劑，反應，過濾得到氧(yang)化石墨(mo)炔納米網(wang)粉末；

8、(3)將(jiang)所述氧化石墨(mo)炔(gui)納米(mi)網(wang)粉末(mo)與(yu)g-c3n4@feooh納米(mi)管復(fu)合(he)材料在水中混合(he)，倒(dao)入(ru)裝有(you)膜(mo)基底(di)的真空過濾器中，干燥(zao)，得(de)到所述g-c3n4@feooh納米(mi)管/氧化石墨(mo)炔(gui)納米(mi)網(wang)復(fu)合(he)膜(mo)。

9、更優選地，步驟(1)中：所(suo)述(shu)反應的溫(wen)(wen)度(du)為(wei)160-180℃，時間(jian)為(wei)10-30h；所(suo)述(shu)煅(duan)燒的溫(wen)(wen)度(du)為(wei)500-600℃，時間(jian)為(wei)2h；所(suo)述(shu)包覆(fu)反應的溫(wen)(wen)度(du)為(wei)20-30℃，時間(jian)為(wei)6-12h。

10、更優選地(di)，步驟(2)中(zhong)：所(suo)述(shu)消解劑為王(wang)水，所(suo)述(shu)氧化(hua)石墨炔懸浮(fu)液與(yu)王(wang)水的(de)(de)體積比為1:10；所(suo)述(shu)反應(ying)的(de)(de)時間為1h。

11、更(geng)優選地，步驟(3)中：所述(shu)氧化石墨炔納(na)米網粉末在水(shui)中的濃(nong)度為0.5mg/ml；所述(shu)g-c3n4@feooh納(na)米管復合材料在水(shui)中的濃(nong)度為0.1-0.4mg/ml。

12、更優選地(di)，所(suo)述(shu)三(san)聚氰胺和(he)(he)三(san)聚氰酸(suan)(suan)的摩爾比為(wei)1:1；所(suo)述(shu)g-c3n4納米管、fe3+鹽和(he)(he)銨鹽的比例為(wei)0.2-1.2g:1-5mol:2-10mol；所(suo)述(shu)fe3+鹽為(wei)氯化鐵、硫酸(suan)(suan)鐵或硝(xiao)酸(suan)(suan)鐵；所(suo)述(shu)銨鹽為(wei)氯化銨、硝(xiao)酸(suan)(suan)銨或碳(tan)酸(suan)(suan)氫(qing)銨。

13、優選(xuan)地，所述膜(mo)基底為聚(ju)偏氟乙(yi)烯(xi)膜(mo)、聚(ju)四氟乙(yi)烯(xi)膜(mo)、聚(ju)碳酸酯膜(mo)或聚(ju)醚(mi)砜膜(mo)；所述基底膜(mo)和修飾層的質量比為1-3:1-6。

14、本發明技(ji)術(shu)方案之二：提供一種根據上述(shu)制備(bei)方法得到的(de)g-c3n4@feooh納米(mi)管/氧化石墨炔納米(mi)網復合膜。

15、本發(fa)明技術方案之(zhi)三：提(ti)供一(yi)種(zhong)上述g-c3n4@feooh納米管(guan)/氧化(hua)石(shi)墨(mo)炔納米網復合膜在(zai)油水分離領(ling)域中的(de)應用。

16、本發明設計的g-c3n4@feooh納米管/氧(yang)化石墨(mo)炔納米網復(fu)合膜可(ke)用于(yu)油水(shui)混合物分離(li)和/或油水(shui)乳(ru)液(ye)的分離(li)，也可(ke)用于(yu)含表面(mian)活性劑的油水(shui)乳(ru)液(ye)(如，含吐溫(wen)80的乳(ru)液(ye))的分離(li)。所(suo)分離(li)的油種類包括但不(bu)限于(yu)甲苯、二氯乙烷、辛烷、十六烷和豆(dou)油。

17、當分離油水(shui)混(hun)合(he)物(wu)時，先用水(shui)浸漬潤濕所(suo)述(shu)復(fu)合(he)膜，再進行(xing)分離；所(suo)述(shu)油水(shui)混(hun)合(he)物(wu)中的水(shui)通過復(fu)合(he)膜，而油被截留(liu)在復(fu)合(he)膜外，從而達到(dao)油水(shui)分離的目(mu)的。

18、當(dang)分離水包(bao)油乳液時，本發明的復(fu)合膜(mo)可以使(shi)乳液破乳，從而使(shi)水通過復(fu)合膜(mo)，而油被截留在復(fu)合膜(mo)外。

19、本發明(ming)所(suo)提供的g-c3n4@feooh納米(mi)管(guan)/氧化石墨(mo)炔納米(mi)網復合(he)膜具有在(zai)空(kong)氣(qi)中超親(qin)水超親(qin)油(you)(you)(在(zai)空(kong)氣(qi)中與水和油(you)(you)的接(jie)觸角(jiao)接(jie)近于(yu)0°)、水下超疏油(you)(you)(在(zai)水下與油(you)(you)滴的接(jie)觸角(jiao)大于(yu)150°)的性質(zhi)，具體可用(yong)于(yu)含油(you)(you)污水(如(ru)含有甲苯(ben)、二氯(lv)乙烷、辛烷、十(shi)六烷和豆油(you)(you)等)的油(you)(you)水分(fen)離(li)、不含表面活(huo)性劑或含表面活(huo)性劑水包油(you)(you)乳液(如(ru)含十(shi)二烷基硫酸(suan)鈉或吐溫(wen)80等的乳液)的分(fen)離(li)。

20、本發明的有益技術效果如下：

21、本發明通(tong)過材(cai)料中氧化石墨炔納(na)(na)米(mi)網的納(na)(na)米(mi)孔(kong)洞和(he)親(qin)水性g-c3n4@feooh納(na)(na)米(mi)管的嵌(qian)入，可以增大層間傳遞通(tong)道，并使水分(fen)子(zi)低(di)阻力(li)的通(tong)過分(fen)離孔(kong)道，提高了膜的通(tong)量。

22、本(ben)發明通過將(jiang)g-c3n4@feooh納(na)(na)米(mi)管嵌入到(dao)氧化石(shi)墨炔納(na)(na)米(mi)網(wang)中，能起到(dao)機械支撐的(de)(de)作(zuo)用，阻止了微孔孔隙(xi)的(de)(de)壓縮，實(shi)現(xian)了氧化石(shi)墨炔納(na)(na)米(mi)網(wang)油水分離膜(mo)結構在長期工作(zuo)中保(bao)持良好的(de)(de)穩定性，提(ti)高了復合(he)膜(mo)的(de)(de)力學性能。

23、本(ben)發明通(tong)過g-c3n4@feooh納米管的(de)(de)(de)嵌入，可以使復合(he)膜(mo)具(ju)(ju)有(you)優(you)異的(de)(de)(de)光芬頓(dun)自(zi)清潔能(neng)(neng)力，還(huan)能(neng)(neng)夠(gou)通(tong)過提(ti)高復合(he)膜(mo)的(de)(de)(de)粗(cu)糙(cao)度使得復合(he)膜(mo)具(ju)(ju)有(you)優(you)異的(de)(de)(de)潤濕特性(xing)，因此可有(you)效提(ti)升(sheng)油水(shui)分離(li)膜(mo)的(de)(de)(de)抗污(wu)染性(xing)能(neng)(neng)，降低油水(shui)分離(li)膜(mo)材(cai)料的(de)(de)(de)運行成本(ben)。

24、本(ben)發明(ming)通過(guo)將氧化石墨(mo)炔(gui)納米網(wang)與核殼結構的(de)g-c3n4@feooh納米管進(jin)行(xing)自組裝后，負載(zai)在基(ji)底膜表(biao)面制得，所(suo)采用(yong)的(de)原料價(jia)格低廉易得，合成方法簡單、綠色(se)；該膜材料能夠(gou)彎曲與折疊(die)，力(li)學強度高，穩(wen)定(ding)性好，適(shi)用(yong)于油水(shui)混合物和(he)油水(shui)乳液，且能夠(gou)循環(huan)使用(yong)，具有很好的(de)應用(yong)價(jia)值和(he)市場前景。

25、本發明解決了現有的(de)(de)油(you)水(shui)分離材料難以兼顧油(you)水(shui)分離膜(mo)的(de)(de)高分離效率、高水(shui)通量、高機械強度(du)和自清潔性能等(deng)的(de)(de)問(wen)題(ti)，提出(chu)了一種(zhong)成本低廉、合成方法簡(jian)單的(de)(de)用于油(you)水(shui)分離的(de)(de)g-c3n4@feooh納(na)米管/氧化石墨(mo)炔納(na)米網復合膜(mo)的(de)(de)制備方法。

技術特征：

1.一種g-c3n4@feooh納(na)米(mi)管/氧(yang)化石墨炔納(na)米(mi)網(wang)復(fu)(fu)合(he)膜(mo)的制(zhi)備(bei)方法，其特征在于，所述復(fu)(fu)合(he)膜(mo)通過在基底(di)膜(mo)表面負載修飾層得到；

2.根據權(quan)利要(yao)求1所述的(de)制備方(fang)法，其(qi)特征在于，所述制備方(fang)法包(bao)括以下步(bu)驟：

3.根據(ju)權利要求2所(suo)述(shu)(shu)的制(zhi)備方法，其特征在于，步驟(1)中：所(suo)述(shu)(shu)反應的溫(wen)度為(wei)160-180℃，時(shi)(shi)間(jian)(jian)為(wei)10-30h；所(suo)述(shu)(shu)煅燒(shao)的溫(wen)度為(wei)500-600℃，時(shi)(shi)間(jian)(jian)為(wei)2h；所(suo)述(shu)(shu)包(bao)覆反應的溫(wen)度為(wei)20-30℃，時(shi)(shi)間(jian)(jian)為(wei)6-12h。

4.根據權利(li)要求2所(suo)述的(de)制備方法，其特征在于(yu)，步驟(2)中：所(suo)述消解劑為(wei)王水，所(suo)述氧化石墨炔懸浮液與王水的(de)體積比為(wei)1:10；所(suo)述反應的(de)時間為(wei)1h。

5.根據權利要(yao)求2所(suo)(suo)述的制備方法，其特征在(zai)(zai)于，步(bu)驟(zou)(3)中：所(suo)(suo)述氧化(hua)石墨炔納(na)米網粉末在(zai)(zai)水(shui)中的濃度為(wei)0.5mg/ml；所(suo)(suo)述g-c3n4@feooh納(na)米管復(fu)合(he)材(cai)料在(zai)(zai)水(shui)中的濃度為(wei)0.1-0.4mg/ml。

6.根據(ju)權利要求2所(suo)述(shu)(shu)的(de)(de)制備方法，其特(te)征在于，所(suo)述(shu)(shu)三(san)聚(ju)氰胺和三(san)聚(ju)氰酸的(de)(de)摩爾比(bi)為(wei)1:1；所(suo)述(shu)(shu)g-c3n4納米管、fe3+鹽(yan)和銨鹽(yan)的(de)(de)比(bi)例為(wei)0.2-1.2g:1-5mol:2-10mol；所(suo)述(shu)(shu)fe3+鹽(yan)為(wei)氯化鐵(tie)、硫(liu)酸鐵(tie)或硝酸鐵(tie)；所(suo)述(shu)(shu)銨鹽(yan)為(wei)氯化銨、硝酸銨或碳酸氫(qing)銨。

7.根據權(quan)利要求(qiu)1所(suo)述的制(zhi)備方法(fa)，其特(te)征在于，所(suo)述膜(mo)(mo)基底(di)為聚(ju)偏氟乙(yi)烯膜(mo)(mo)、聚(ju)四氟乙(yi)烯膜(mo)(mo)、聚(ju)碳酸(suan)酯(zhi)膜(mo)(mo)或聚(ju)醚砜(feng)膜(mo)(mo)；所(suo)述基底(di)膜(mo)(mo)和修飾層的質量比為1-3:1-6。

8.一種根(gen)據權利要求1-7任(ren)一項(xiang)所述(shu)制備方法得(de)到的g-c3n4@feooh納米管/氧化石墨炔納米網復合膜。

9.一(yi)種權(quan)利要(yao)求8所述(shu)的g-c3n4@feooh納(na)米管/氧(yang)化石墨炔納(na)米網復合膜(mo)在(zai)油(you)水分(fen)離領(ling)域中的應用(yong)。

技術總結
本發明公開了一種油水分離用g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH納米管/氧化石墨炔納米網復合膜、制備方法和應用，屬于環境功能材料制備與應用技術領域。所述g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH納米管/氧化石墨炔納米網復合膜通過在基底膜表面負載修飾層得到；所述修飾層通過g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH納米管復合材料與氧化石墨炔納米網粉末自組裝得到；所述g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH納米管復合材料通過在g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;納米管表面原位生長羥基氧化鐵得到。本發明解決了現有的油水分離材料難以兼顧油水分離膜的高分離效率、高水通量、高機械強度和自清潔性能等的問題，提出了一種成本低廉、合成方法簡單的用于油水分離的g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH納米管/氧化石墨炔納米網復合膜的制備方法。

技術研發人員：楊蘇東,陳琳,郭旭,何志英,鄭俊杰,楊熙冉,曾志斌,王清遠
受保護的技術使用者：成都大學
技術研發日：
技術公布日：2024/8/1