一种纳米限域膜反应器、制备方法及其应用

本发明涉及纳滤膜制备，具体涉及一种纳米限域膜反应器、制备方法及其应用。

背景技术：

1、膜分离技术得益于其选择性高、耗能低、工艺简单、可间歇性运行等优势，常被应用于食品、环保、化工、能源、水处理等领域，比传统的蒸馏、吸附和萃取技术表现更高的社会和经济效益。膜分离技术的发展主要聚焦在溶剂通量和溶质选择性两个方向，即探索快速高效分离膜。然而，膜分离应用过程中，膜表面会不可避免地发生溶质富集，即浓差极化现象，不仅造成膜通量和选择性的双重降低，也增加企业运行成本。因此，亟需发展高性能膜材料，用于有效改善膜分离应用过程中的浓差极化问题。

2、近年来，二维纳米片如氧化石墨烯、过渡金属硫属化合物、共价有机框架化合物和金属碳氮化物等，组装膜构筑的丰富的纳米孔道膜，可以打破传统有机膜材料的通量和选择性互相制约的问题，为有效改善膜分离技术的工业化应用提供了技术支持。其中，氮化硼纳米片组装膜具有卓越的理化性质，可以在ph为1～14，温度为5～95℃范围内稳定的筛选离子，为未来极端环境下膜分离应用提供了材料基础。但是，污染物的浓度会明显造成膜表面浓差极化，明显干扰氮化硼纳米膜的选择性。另外，氮化硼纳米膜靠牺牲通量追求选择性会增加企业的运行成本。

3、鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决氮化硼纳米膜在分离应用中，污染物的浓度会明显造成膜表面浓差极化，明显干扰氮化硼纳米膜的选择性的问题，提供了一种纳米膜反应器、制备方法及其应用。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种纳米膜反应器的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，制备氮化硼纳米片胶体溶液：将氮化硼与尿素球磨混合，透析洗净尿素，得到氮化硼纳米片胶体水分散液；

4、s2，制备纳米限域膜反应器：将步骤s1中得到的氮化硼纳米片胶体溶液与钯盐溶液混合搅拌，将得到的混合液正压组装成纳米限域膜反应器；

5、s3，将步骤s2中正压制备得到的纳米限域膜反应器在空气压力下恒压静置。

6、所述步骤s1中氮化硼和尿素的质量比为1:10～1:20。

7、所述步骤s2中氮化硼与钯的质量比为1:100～16:100。

8、所述步骤s2中纳米膜反应器的厚度为1～6μm。

9、所述步骤s2中搅拌时间为10～30min。

10、所述步骤s3中空气压力为0.1～1bar。

11、本发明还公开了采用上述制备方法制得的纳米膜反应器以及这种纳米膜反应器在减轻膜分离过程中的浓差极化问题中的应用，应用中探针污染物为亚甲基蓝，所述亚甲基蓝的浓度为1～40ppm；所述应用的环境的溶液ph为1～13。本发明充分利用氮化硼纳米片限域钯纳米颗粒，充分发挥其原位催化降解亚甲基蓝的作用，不仅有效解决了膜分离过程中污染物分子浓差极化问题，也提供了丰富的纳米通道，显著增强纳米限域复合膜的通量。

12、与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提供了一种简单、易操作的提升氮化硼纳米膜的方法。该方法利用氮化硼纳米片限域纳米钯颗粒负载特点，充分发挥纳米钯对亚甲基蓝的原位催化降解消除浓差极化问题的优势和原位构建的丰富纳米水通道特点，从而提升氮化硼纳米限域膜的分离性能。对于氮化硼纳米膜在高浓度污染物中取出应用具有很好的指导意义。

技术特征：

1.一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中氮化硼和尿素的质量比为1:10～1:20。

3.如权利要求1所述的一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中氮化硼与钯的质量比为1:100～16:100。

4.如权利要求1所述的一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中纳米膜反应器的厚度为1～6μm。

5.如权利要求1所述的一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中搅拌时间为10～30min。

6.如权利要求1所述的一种纳米限域膜反应器的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中空气压力为0.1～1bar。

7.一种采用如权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的纳米限域膜反应器。

8.一种如权利要求7所述的纳米限域膜反应器在减轻膜分离过程中的浓差极化问题中的应用。

9.如权利要求8所述的一种纳米限域膜反应器在减轻膜分离过程中的浓差极化问题中的应用，其特征在于，探针污染物为亚甲基蓝，所述亚甲基蓝的浓度为1～40ppm。

10.如权利要求8所述的一种纳米限域膜反应器在减轻膜分离过程中的浓差极化问题中的应用，其特征在于，所述应用的环境的溶液ph为1～13。

技术总结
本发明涉及纳滤膜制备技术领域，具体涉及一种纳米限域膜反应器、制备方法及其应用，将纳米钯颗粒限域到氮化硼纳米片表面并组装成膜，协同利用氮化硼纳米片膜对染料分子的高效分离，同时利用氮化硼纳米片限域的纳米钯颗粒引入的丰富的纳米孔道和高效的催化活性位点，从而实现染料快速降解和高效分离效果，该方法的特点是简单、易操作，无需对氮化硼纳米片原材料进行复杂的化学处理，对于纳米膜领域的分离应用具有很好的指导意义。

技术研发人员：陈成,唐憩,许茂
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11