一种Ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法

本发明涉及一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着科技的进步和经济的快速发展，超滤技术被应用到许多领域，从化工分离回收、乳制品制备到饮用水处理和中水回用等。然而，膜的性能通常受到膜污染的限制：由于有机、生物和胶体物质沉积在膜表面和膜孔内部，导致在运行过程中膜通量逐渐下降，跨膜压差逐渐升高，增加运行能耗。天然有机物主要由具有疏水性质的腐殖质构成，本身易造成膜污染，还可以与水中其他物质桥接造成更严重的膜污染。

2、过硫酸盐氧化技术是一种典型的高级氧化技术，由于其具有绿色安全等优点，近年来催化过硫酸盐降解水中污染物得到了广泛关注。活化过硫酸盐的方式有很多种，常见的有热活化、紫外活化、金属/过渡金属活化等方式。在各种活化技术中，金属/过渡金属活化方式不需要外界能量输入而被广泛应用。催化剂是催化技术的核心，将纳米催化剂与聚合物膜耦合构建催化膜系统已经被开发出来，它是一种环境友好，同时延长催化剂与膜材料的使用寿命的方法。但普通共混膜在制备过程中，催化剂容易分散在膜基质中，不能有效催化降解膜表面污染物，限制了降解效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决共混膜在制备过程中，催化剂容易分散在膜基质中，不能有效催化降解膜表面污染物，从而影响降解效率的问题，提供一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法。

2、本发明一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法按以下步骤进行：

3、一、制备超顺磁性fe3o4纳米粒子：将fecl3·6h2o和fecl2·4h2o加入到去离子水中，室温条件下超声分散10～30min，得到混合溶液a；然后在氮气保护下进行水浴加热，向混合溶液a中滴加nh3·h2o至ph>10，得到沉淀物a；沉淀物a先采用去离子水洗涤，再采用无水乙醇洗涤，然后在60～90℃下真空干燥5～12h，研磨得到超顺磁fe3o4纳米粒子；

4、二、制备ti-fe3o4复合催化剂：将超顺磁fe3o4纳米粒子分散在混合溶液b中，然后加入钛酸四丁酯，再加入浓硫酸，搅拌60min，得到沉淀物b，沉淀物b先用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤，然后在40～60℃下真空干燥，再高温煅烧，研磨得到超顺磁性ti-fe3o4复合纳米颗粒；其中混合溶液b由无水乙醇和乙酸混合而成；

5、三、将超顺磁性ti-fe3o4复合纳米颗粒超声分散到溶剂中，然后向分散液中依次加入成孔剂和聚合物，搅拌8～20h，形成铸膜液；

6、四、将铸膜液放置在真空条件下进行脱泡处理，然后将铸膜液涂在支撑物上；在垂直与支撑物方向上施加磁场，磁场中静置15～120s；然后将支撑物以与液面成45～90°的角度浸入去离子水中，进行非溶剂诱导相分离反应，得到ti-fe3o4共混改性具有催化功能的聚醚砜超滤膜。

7、fe3o4纳米粒子具有超顺磁性，将其与纳米tio2掺杂可以制备ti-fe3o4复合纳米颗粒，在磁场诱导下，可以将ti-fe3o4复合纳米颗粒定向迁移至超滤膜表面。在适当浓度的氧化剂添加下，膜表面的ti-fe3o4纳米颗粒催化氧化，对水中腐殖质类和蛋白类物质氧化分解，防止污染物附着在膜表面造成膜污染。ti-fe3o4复合纳米颗粒表面含有大量羟基官能团，可以显著提高膜表面的亲水性，同时起到抗污染的作用。共混改性具有催化功能的聚醚砜超滤膜采用磁场辅助非溶剂诱导相分离方法制备完成，主要通过外加磁场辅助向传统铸膜液中共混掺杂ti-fe3o4复合纳米粒子共混掺杂完成制备。

8、本发明具有如下有益效果：

9、(1)将半导体材料tio2与fe3o4纳米粒子掺杂制备ti-fe3o4复合纳米粒子，可以活化过硫酸盐氧化剂，使其在常温条件下产生自由基，不需要外界提供能量。

10、(2)采用磁场辅助的方式将超顺磁性具有催化功能的复合纳米颗粒定向迁移至超滤膜表面，防止催化剂包埋在聚合物基质中，降低催化剂的使用效率；同时起到将催化剂固定的效果，避免催化剂回收困难。

11、(3)复合纳米粒子表面含有大量羟基官能团，迁移至膜表面可增强催化膜的亲水性，提高催化膜的抗污染性能。催化剂的加入，可以催化降解膜表面污染物，减少膜污染，将催化氧化过程与膜分离过程耦合，可以为超滤膜制备技术提供新见解。

技术特征：

1.一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，fecl3·6h2o和fecl2·4h2o的质量比为1:1～3:1。

3.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，混合溶液b中无水乙醇和乙酸的体积比为1:1～1:5。

4.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，fe3o4纳米粒子与钛酸四丁酯物质的量比为1:1～1:20，钛酸四丁酯与浓硫酸物质的量比为1:1～1:10。

5.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，煅烧温度为300～900℃。

6.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的溶剂是指n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基乙酰胺、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上按任意比混合的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述的聚合物为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜或醋酸纤维素。

8.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，所述的成孔剂是指聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、草酸、乙二醇、甘油、氯化锂和高氯酸锂中的一种或两种以上按任意比混合的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，步骤四中涂膜速度为20～200mm·s-1，涂膜厚度为100～300μm。

10.根据权利要求1所述的一种ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，其特征在于，步骤四中施加的磁场的强度为0.001～1t。

技术总结
一种Ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，本发明涉及一种Ti掺杂四氧化三铁复合纳米粒子共混改性催化聚醚砜超滤膜的制备方法，本发明的目的是为了解决共混膜在制备过程中，催化剂容易分散在膜基质中，不能有效催化降解膜表面污染物，从而影响降解效率的问题，本发明首先将半导体催化剂TiO
技术研发人员：吴传栋,丁俊文,房睿,梁恒,曹宜萌,张盟,李沛洁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16