一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜及其制备方法与流程

本发明涉及分离膜改性，特别是涉及一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜及其制备方法。

背景技术：

1、当前，由于工农业废水滥排，世界正面临人均水资源匮乏的问题，这导致水资源利用的紧张局势日益加剧。为了解决这个问题，需要通过水资源回收来解决。膜分离技术涉及对不同粒径的分子混合物进行筛分，是水资源再利用的实用解决方案。然而，膜污染一直是膜分离工艺的常见问题。

2、近年来，膜与外加电场的结合在废水处理中得到了广泛的应用，以提高截留率或污染物去除率。水中的污垢(如细菌和天然有机物)通常带有负电荷，通过施加外部电压使膜表面带负电荷，可以改善膜与污垢之间的静电排斥。此外，该过程会产生类似气体洗涤的气泡，从而有效去除膜污垢。因此，研究人员迫切需要开发一种操作稳定、制备简单的导电超滤膜。

3、多壁碳纳米管(mwcnts)和麦克烯(mxene)因其优异的导电性、高机械强度、大比表面积和良好的稳定性而在水处理膜领域受到广泛应用。然而，原始的碳纳米管和麦克烯都带有负电荷，导致结合力较弱，这是一个有待解决的问题。因此，如何提供一种改性碳纳米管和麦克烯掺杂的聚醚砜(pes)膜及其制备方法，实现膜的性能提升并达到高效污垢去除率，是本领域研究人员仍待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中碳纳米材料掺杂的水处理膜存在的技术缺陷，而提供一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜。

2、本发明的另一个目的是提供所述改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜的制备方法。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1，采用非共价接枝法将mwcnts和表没石子儿茶素没食子酸酯(egcg)结合制备e-mwcnts；

6、步骤2，利用[3-(2-氨基乙基氨基)-丙基]三甲氧基硅烷(aeaptms)对mxene进行氨基功能化，得到a-mxene；

7、步骤3，利用相转化法制备以e-mwcnts和a-mxene为掺杂剂的聚醚砜膜。

8、在上述技术方案中，所述步骤1中，首先，将mwcnts和egcg超声分散得到均匀的悬浮液，进行机械搅拌，之后，将悬浮液过滤、洗涤、干燥、研磨，得到e-mwcnts。

9、在上述技术方案中，所述步骤1中，mwcnts和egcg的质量比为1：(2-7.5)；

10、超声时间为30-60min，超声功率为180-250w；

11、所述机械搅拌在磁力搅拌器中进行，磁力搅拌器的转速为500～700rpm，搅拌混合时间为12-36h；

12、将悬浮液过滤并在过滤过程中用酒精洗涤三次；

13、所述干燥在真空烘箱中进行，干燥温度为室温，干燥时间为6～24h。

14、在上述技术方案中，所述步骤2中，于保护气体保护下，将mxene和[3-(2-氨基乙基氨基)-丙基]三甲氧基硅烷(aeaptms)加入到水/乙醇混合溶液中，用盐酸调节反应介质ph至3.5，进行机械搅拌，反应完成后，将悬浮液过滤和洗涤，将得到的滤饼进行干燥并研磨，得到a-mxene。

15、在上述技术方案中，所述步骤2中，所述的mxene和aeaptms的质量比为1：2；

16、所述的水/乙醇混合溶液的质量比例为1：9；

17、所述的机械搅拌在磁力搅拌器中进行，搅拌转速为500～700rpm，搅拌混合时间为6-12h；

18、所述干燥在真空烘箱中进行，干燥温度为室温，干燥时间为6～24h。

19、在上述技术方案中，所述步骤3中，首先将e-mwcnts和a-mxene按预定比例分散在n，n-二甲基乙酰胺(dmac)溶剂中，进行超声以确保掺杂剂均匀的悬浮，得到悬浮液，然后在搅拌条件下将pes和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)缓慢加入所述悬浮液中，得到铸膜液，保持机械搅拌，以除去铸膜液中的气泡，然后使用刮膜棒将铸膜液液倒在干净的玻璃板上，并用刮刀刮膜，得到初始膜，将初始膜在室温下蒸发预定时间，然后浸入水浴中进行相转化，得到改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜。

20、在上述技术方案中，所述步骤3中，铸膜液中，所述的e-mwcnts的含量为0-0.75％，a-mxene的含量为0-0.1％，dmac溶剂的含量为79.25-80％，pvp的含量为1％，pes的含量为19％；

21、超声时间为30-60min，超声功率为180-250w；

22、所述搅拌在磁力搅拌器中进行，搅拌转速为500～700rpm，搅拌混合时间为6～10h。

23、所述的刮刀厚度为150-200μm。

24、本发明的另一方面，还包括一种基于所述制备方法得到的改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1.本发明采用相转化法将e-mwcnts和a-mxene掺杂制备出pes水处理膜，其具有制备简单，渗透性和分离性能优异，导电性能良好和优秀抗菌性等优点。

27、2.改性修饰过的e-mwcnts和a-mxene的表面使其具有相反的电荷，可以促进静电结合，缓解聚集的同时可以使二者在膜内的复合更稳定。

28、3.本发明的聚醚砜水处理膜在使用过程中可以通过电辅助高效去除污垢，达到较高的通量恢复率，并且可以防止细菌的污染，延长膜的工作寿命，缩小成本。

技术特征：

1.一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，首先，将mwcnts和egcg超声分散得到均匀的悬浮液，进行机械搅拌，然后将悬浮液过滤、洗涤、干燥、研磨，得到e-mwcnts。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，mwcnts和egcg的质量比为1：(2-7.5)；

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，于保护气体保护下，将mxene和aeaptms加入到水/乙醇混合溶液中，用盐酸调节反应介质ph至3.5，进行机械搅拌，反应完成后，将悬浮液过滤和洗涤，将得到的滤饼进行干燥并研磨，得到a-mxene。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述的mxene和aeaptms的质量比为1：2；

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，首先将e-mwcnts和a-mxene按预定比例分散在dmac溶剂中，进行超声以确保掺杂剂均匀的悬浮，得到悬浮液，然后在搅拌条件下将pes和pvp缓慢加入所述悬浮液中，得到铸膜液，保持机械搅拌，以除去铸膜液中的气泡，然后使用刮膜棒将铸膜液液倒在干净的玻璃板上，并用刮刀刮膜，得到初始膜，将初始膜在室温下蒸发预定时间，然后浸入水浴中进行相转化，得到改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，铸膜液中，所述的e-mwcnts的含量为0-0.75％，a-mxene的含量为0-0.1％，dmac溶剂的含量为79.25-80％，pvp的含量为1％，pes的含量为19％；

8.一种利用如权利要求1-7中任一项所述制备方法得到的改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜。

技术总结
本发明公开了一种改性碳纳米管和麦克烯复合掺杂的聚醚砜膜及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤1，采用非共价接枝法将MWCNTs和EGCG结合制备E‑MWCNTs；步骤2，利用AEAPTMS对Mxene进行氨基功能化，得到A‑Mxene；步骤3，利用相转化法制备以E‑MWCNTs和A‑Mxene为掺杂剂的PES混合基质膜。本发明的聚醚砜水处理膜在使用过程中可以通过电辅助高效去除污垢，达到较高的通量恢复率，并且可以防止细菌的污染，延长膜的工作寿命，缩小成本。

技术研发人员：耿宏章,耿文浩,田璐瑶
受保护的技术使用者：天冀桢材科技（河北）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4