一种油水分离用g-C3N4@FeOOH纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜、制备方法和应用

本发明涉及环境功能材料制备与应用，特别是涉及一种油水分离用g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜、制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球范围含油废水排放量的增加，人们对寻求有效的废水处理方法的需求日益迫切。在这方面，高性能和高强度油水分离膜的研究成为了热点。这其中，氧化石墨炔具有与水分子超高的亲和力及良好的成膜能力，是一种备受关注的膜材料。而且亲水性的氧化石墨炔膜表面形成的水合层能够阻碍一些污染物的吸附，因此具有一定的抗污染能力。

2、然而，氧化石墨炔层状膜中的传质通道主要是层间与边缘相接处，这种长且曲折的传输路径会延长传输距离，即增加了水通过膜的时间，导致膜的渗透性不高。此外，膜在分离过程中积累的污染物难以用常规的清洗方法去除，降低了膜的使用寿命。为了解决这一问题，开发一种具有高通量、高效率、自清洁以及机械性能优异的氧化石墨炔复合膜具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种油水分离用g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜、制备方法和应用。本发明解决了现有的油水分离材料难以兼顾油水分离膜的高分离效率、高水通量、高机械强度和自清洁性能等的问题，提出了一种成本低廉、合成方法简单的用于油水分离的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜的制备方法，所述复合膜通过在基底膜表面负载修饰层得到；

4、所述修饰层通过g-c3n4@feooh纳米管复合材料与氧化石墨炔纳米网粉末自组装得到；所述g-c3n4@feooh纳米管复合材料通过在g-c3n4纳米管表面原位生长羟基氧化铁得到。

5、更优选地，所述制备方法包括以下步骤：

6、(1)将三聚氰胺和三聚氰酸在水中混合，反应，煅烧，得到g-c3n4纳米管材料；将所述g-c3n4纳米管与fe3+盐和铵盐在有机溶剂中混合，包覆反应，得到g-c3n4@feooh纳米管复合材料；

7、(2)配置氧化石墨炔悬浮液，加入消解剂，反应，过滤得到氧化石墨炔纳米网粉末；

8、(3)将所述氧化石墨炔纳米网粉末与g-c3n4@feooh纳米管复合材料在水中混合，倒入装有膜基底的真空过滤器中，干燥，得到所述g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜。

9、更优选地，步骤(1)中：所述反应的温度为160-180℃，时间为10-30h；所述煅烧的温度为500-600℃，时间为2h；所述包覆反应的温度为20-30℃，时间为6-12h。

10、更优选地，步骤(2)中：所述消解剂为王水，所述氧化石墨炔悬浮液与王水的体积比为1:10；所述反应的时间为1h。

11、更优选地，步骤(3)中：所述氧化石墨炔纳米网粉末在水中的浓度为0.5mg/ml；所述g-c3n4@feooh纳米管复合材料在水中的浓度为0.1-0.4mg/ml。

12、更优选地，所述三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为1:1；所述g-c3n4纳米管、fe3+盐和铵盐的比例为0.2-1.2g:1-5mol:2-10mol；所述fe3+盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁；所述铵盐为氯化铵、硝酸铵或碳酸氢铵。

13、优选地，所述膜基底为聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚碳酸酯膜或聚醚砜膜；所述基底膜和修饰层的质量比为1-3:1-6。

14、本发明技术方案之二：提供一种根据上述制备方法得到的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜。

15、本发明技术方案之三：提供一种上述g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜在油水分离领域中的应用。

16、本发明设计的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜可用于油水混合物分离和/或油水乳液的分离，也可用于含表面活性剂的油水乳液(如，含吐温80的乳液)的分离。所分离的油种类包括但不限于甲苯、二氯乙烷、辛烷、十六烷和豆油。

17、当分离油水混合物时，先用水浸渍润湿所述复合膜，再进行分离；所述油水混合物中的水通过复合膜，而油被截留在复合膜外，从而达到油水分离的目的。

18、当分离水包油乳液时，本发明的复合膜可以使乳液破乳，从而使水通过复合膜，而油被截留在复合膜外。

19、本发明所提供的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜具有在空气中超亲水超亲油(在空气中与水和油的接触角接近于0°)、水下超疏油(在水下与油滴的接触角大于150°)的性质，具体可用于含油污水(如含有甲苯、二氯乙烷、辛烷、十六烷和豆油等)的油水分离、不含表面活性剂或含表面活性剂水包油乳液(如含十二烷基硫酸钠或吐温80等的乳液)的分离。

20、本发明的有益技术效果如下：

21、本发明通过材料中氧化石墨炔纳米网的纳米孔洞和亲水性g-c3n4@feooh纳米管的嵌入，可以增大层间传递通道，并使水分子低阻力的通过分离孔道，提高了膜的通量。

22、本发明通过将g-c3n4@feooh纳米管嵌入到氧化石墨炔纳米网中，能起到机械支撑的作用，阻止了微孔孔隙的压缩，实现了氧化石墨炔纳米网油水分离膜结构在长期工作中保持良好的稳定性，提高了复合膜的力学性能。

23、本发明通过g-c3n4@feooh纳米管的嵌入，可以使复合膜具有优异的光芬顿自清洁能力，还能够通过提高复合膜的粗糙度使得复合膜具有优异的润湿特性，因此可有效提升油水分离膜的抗污染性能，降低油水分离膜材料的运行成本。

24、本发明通过将氧化石墨炔纳米网与核壳结构的g-c3n4@feooh纳米管进行自组装后，负载在基底膜表面制得，所采用的原料价格低廉易得，合成方法简单、绿色；该膜材料能够弯曲与折叠，力学强度高，稳定性好，适用于油水混合物和油水乳液，且能够循环使用，具有很好的应用价值和市场前景。

25、本发明解决了现有的油水分离材料难以兼顾油水分离膜的高分离效率、高水通量、高机械强度和自清洁性能等的问题，提出了一种成本低廉、合成方法简单的用于油水分离的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜的制备方法。

技术特征：

1.一种g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜的制备方法，其特征在于，所述复合膜通过在基底膜表面负载修饰层得到；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述反应的温度为160-180℃，时间为10-30h；所述煅烧的温度为500-600℃，时间为2h；所述包覆反应的温度为20-30℃，时间为6-12h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述消解剂为王水，所述氧化石墨炔悬浮液与王水的体积比为1:10；所述反应的时间为1h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中：所述氧化石墨炔纳米网粉末在水中的浓度为0.5mg/ml；所述g-c3n4@feooh纳米管复合材料在水中的浓度为0.1-0.4mg/ml。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为1:1；所述g-c3n4纳米管、fe3+盐和铵盐的比例为0.2-1.2g:1-5mol:2-10mol；所述fe3+盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁；所述铵盐为氯化铵、硝酸铵或碳酸氢铵。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膜基底为聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚碳酸酯膜或聚醚砜膜；所述基底膜和修饰层的质量比为1-3:1-6。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述制备方法得到的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜。

9.一种权利要求8所述的g-c3n4@feooh纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜在油水分离领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种油水分离用g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜、制备方法和应用，属于环境功能材料制备与应用技术领域。所述g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜通过在基底膜表面负载修饰层得到；所述修饰层通过g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH纳米管复合材料与氧化石墨炔纳米网粉末自组装得到；所述g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH纳米管复合材料通过在g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;纳米管表面原位生长羟基氧化铁得到。本发明解决了现有的油水分离材料难以兼顾油水分离膜的高分离效率、高水通量、高机械强度和自清洁性能等的问题，提出了一种成本低廉、合成方法简单的用于油水分离的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;@FeOOH纳米管/氧化石墨炔纳米网复合膜的制备方法。技术研发人员：杨苏东,陈琳,郭旭,何志英,郑俊杰,杨熙冉,曾志斌,王清远受保护的技术使用者：成都大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1