一种光催化自清洁BiOCl/COF复合膜及其制备方法和应用

本发明涉及膜，具体涉及一种光催化自清洁biocl/cof复合膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，水资源短缺与能源危机已成为人类社会，面临的主要问题，膜分离技术分离效率高，能耗低，被广泛的应用于水处理领域。膜分离技术在长时间的过滤过程中不可避免的面临膜污染，制备具有光催化自清洁能力的膜可以很好的缓解膜污染问题，延长分离膜寿命，通过气相沉积法与溶胶-凝胶法可以将光催化剂负载到膜表面，然而，气相沉积法成本较高，需要使用专业的设备和材料，同时易产生污染物；溶胶-凝胶法工艺繁琐，成本较高。以上两种工艺虽然能够制备具有光催化自清洁特性的分离膜，但是存在成本高，生产过程中易产生废料和污染物等缺点。因此，需要开发一种工艺简单、成本低廉、生产过程环保的光催化自清洁膜的制备方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种光催化自清洁biocl/cof复合膜及其制备方法，分别合成具有光催化特性的biocl纳米片和cof纳米片，通过真空抽滤技术将两种纳米片沉积在聚合物基底膜的表面，由于cof纳米片中大量的含氧基团通过氢键作用改善了氯氧化铋纳米片的分散性，在堆叠过程中减少了biocl的无序堆叠，cof的加入辅助biocl纳米片形成具有筛分作用的层间通道，且两种纳米片形成异质结构，增强了复合膜的光催化能力。

2、本发明提供一种光催化自清洁biocl/cof复合膜的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)制备氯氧化铋纳米片：将硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇混合，搅拌，然后将氯化物盐溶液加入到混合溶液中，进行水热反应，离心洗涤后添加适量超纯水，将其配制为氯氧化铋纳米片分散液；

4、(2)制备共价有机框架纳米片：将2,5-二氨基苯磺酸、三醛基间苯三酚分别溶解在二甲基亚砜溶液中，得到2,5-二氨基苯磺酸溶液和三醛基间苯三酚溶液，在搅拌下将三醛基间苯三酚溶液滴加至2,5-二氨基苯磺酸溶液中，得到混合溶液并搅拌一定时间，得到cof分散液；

5、(3)制备biocl/cof复合膜：取适量的氯氧化铋纳米片分散液和cof分散液，加入超纯水稀释、超声分散，超声后将所得混合分散液通过真空抽滤沉积在聚合物支撑基底上，干燥，得到biocl/cof复合膜。

6、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，所述的氯化物盐溶液为饱和氯化钠、氯化钾盐溶液中的一种。

7、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇的用量为465～505mg:380～420mg:14～25ml。

8、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，氯氧化铋纳米片分散液的浓度为1～2mg/ml。

9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，水热反应的时间为3～12h，温度为160～180℃。

10、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，三醛基间苯三酚与2,5-二氨基苯磺酸的摩尔比为1：1～3。

11、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，cof分散液的浓度为1～1.5mg/ml。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，混合溶液搅拌1～3天。

13、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，膜的干燥时间为12～48h。

14、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，聚合物支撑基底为尼龙膜、pvdf膜、pan膜、psf膜、pes膜中的一种。

15、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，氯氧化铋纳米片与cof的质量比为1～5：0.05～0.25。

16、本发明提供上述所述方法制备得到的光催化自清洁biocl/cof复合膜。

17、本发明还提供上述光催化自清洁biocl/cof复合膜在染料/水分离中的应用。

18、本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明通过真空抽滤构建了光催化自清洁biocl/cof复合膜，复合膜在光照下产生自由基降解膜表面的污染物，疏通膜的孔隙结构，恢复膜的通量，延长膜的使用寿命。

20、(2)本发明通过真空抽滤构建了biocl/cof异质结，异质结构的形成提升了光吸收能力，提高了电子转移速率，增强了光催化能力。

21、(3)本发明通过cof辅助分散biocl纳米片构建具有筛分染料的层间通道，扩大了二维纳米材料在分离膜的应用范围。

22、(4)本发明制备的光催化自清洁特性的biocl/cof复合膜，原材料易合成，成膜工艺简单，具有一定的成本优势。

23、(5)本发明制备的复合膜兼具优异的渗透通量(～33.4l·m-2·h-1·bar-1)和分离性能(刚果红截留率97.8％)，可用于筛分伊文思蓝染料/水溶液、刚果红染料/水溶液、罗丹明b染料/水溶液等，可用于处理印染废水；且经过光照后，膜的通量恢复率由61.9％显著提高至97.6％，展示出卓越的抗污染性能。

技术特征：

1.一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氯化物盐溶液为饱和氯化钠、氯化钾盐溶液中一种；水热反应的时间为3～12h，温度为160～180℃。

3.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇的用量为465～505mg:380～420mg:14～25ml。

4.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氯氧化铋纳米片分散液的浓度是1～2mg/ml。

5.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，cof分散液的浓度为1～1.5mg/ml。

6.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，三醛基间苯三酚与2,5-二氨基苯磺酸的摩尔比为1:1～3。

7.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，氯氧化铋纳米片与cof的质量比为1～5:0.05～0.25。

8.根据权利要求1所述的一种光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，聚合物支撑基底为尼龙膜、pvdf膜、pan膜、psf膜、pes膜中的一种。

9.权利要求1～8任一项所述的方法制得的光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜。

10.权利要求9所述的光催化自清洁氯氧化铋/共价有机框架复合膜在染料分离领域的应用。

技术总结
本发明涉及膜技术领域，具体涉及一种光催化自清洁BiOCl/COF复合膜及其制备方法和应用。分别合成具有光催化特性的BiOCl纳米片和COF纳米片，通过真空抽滤技术将两种纳米片沉积在聚合物基底膜的表面，由于COF纳米片中大量的含氧基团通过氢键作用改善了氯氧化铋纳米片的分散性，在堆叠过程中减少了BiOCl的无序堆叠，COF的加入辅助氯氧化铋纳米片形成具有筛分作用的层间通道，且两种纳米片形成异质结构，增强了复合膜的光催化能力。复合膜的制备方法简单，对于伊文思蓝、刚果红、罗丹明B等染料均具有良好的渗透性，具有优异的光催化自清洁能力，可应用于分离印染行业产生的有机废水。

技术研发人员：兰倩倩,柏江浩,余苗,陈新新,李晗,刘天西
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6