一種層狀硫化鉬納米片分子分離膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種層狀硫化鉬納米片分子分離膜的制備方法。利用正丁基鋰作為插層分子，通過長時間攪拌進(jìn)入硫化鉬的晶格中；加入水使正丁基鋰分解，擴(kuò)大了硫化鉬片層間的距離，通過超聲處理將硫化鉬分散成單原子層材料。透析除掉多余的雜質(zhì)，得到提純干凈的硫化鉬水溶液。將獲得的硫化鉬水溶液通過真空抽濾的方法獲得層狀硫化鉬納米片分子分離膜。膜的厚度通過使用的硫化鉬水溶液的體積調(diào)節(jié)。本發(fā)明利用單原子層材料堆疊成膜的方法獲得一種分子選擇性分離膜，材料制備方法簡單，成本低廉，所獲得薄膜對不同分子具有尺寸選擇性分離的性能。
【專利說明】—種層狀硫化纟目納米片分子分罔膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分離膜的制備方法，尤其涉及一種層狀硫化鑰納米片分子分離膜的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]液體分離膜是現(xiàn)代水處理工業(yè)中的一種重要材料。目前在水處理工業(yè)上廣泛使用的基于高分子材料的液體分離膜，但是其制備方法復(fù)雜，成本相對較高，機(jī)械性能也不理想。因此，開發(fā)在具有良好分離性能的同時，還具有方法簡單易行，價格低廉，機(jī)械性能良好的分離膜具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用二維無機(jī)層狀材料制備分子尺寸選擇性分離膜是近來分離膜領(lǐng)域的一個新的嘗試。
[0003]二維無機(jī)層狀材料由于其獨(dú)特的單原子層厚度在晶體管，光電探測器，光解水，鋰離子電池，傳感器，催化劑等方面都展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。首個二維層狀材料氧化石墨烯已經(jīng)做成機(jī)械性能良好的薄膜用于不同尺寸的液體分子的選擇性分離，取得了良好的分離性能。同時，其分子選擇性的機(jī)理也在積極的研究當(dāng)中。但是，氧化石墨烯作為分離膜的最大缺點(diǎn)就是其通量通常都比較小。而通量是衡量一個分離膜性能的主要指標(biāo)。因此，我們希望開發(fā)出一種既具有良好的選擇性，又同時具有比較大的水通量的液體分離膜。
[0004]硫化鑰作為一種全新的二維層狀材料最近受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前其主要研究集中在單個單原子層片的光電性能方面。本發(fā)明是利用這種新型二維層狀材料制備具有尺寸選擇性的液體分離膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種層狀硫化鑰納米片分子分離膜的制備方法。
[0006]層狀硫化鑰納米片分子分離膜的制備方法的步驟如下:
1)在無氧除水條件下，將300-500毫克硫化鑰粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌24-48小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；
2)過濾反應(yīng)液，用300-500毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；
3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌3-5分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；
4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，8000-9000rpm離心10-30分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；
5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每4-6小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷3-4天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；
6)將1-2毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到1.3-2.2微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率10%_20%。
[0007]本發(fā)明通過化學(xué)剝離的方法得到了硫化鑰分散液，并用真空抽濾的方法得到硫化鑰薄膜。該法成本低，產(chǎn)量大。成膜方式簡單，易于大規(guī)模制備。得到的硫化鑰分離膜性能良好，對3nm的分子其截留率可達(dá)到90%以上，通量在240L/m2hbar。該膜有望在分子尺寸選擇性分離以及污水凈化處理方面獲得應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是實(shí)施例2中真空抽濾得到的硫化鑰薄膜截面的掃描電子顯微鏡照片圖2是實(shí)施例2中真空抽濾得到的硫化鑰薄膜表面的掃描電子顯微鏡照片
圖3是實(shí)施例2中硫化鑰薄膜的X射線衍射圖。圖中標(biāo)出了主要的衍射峰所對應(yīng)的晶面指數(shù)。
[0009]圖4是實(shí)施例2中硫化鑰薄膜的液體分子分離性能。圖中譜線所示的是原始伊文思藍(lán)分子溶液以及通過硫化鑰薄膜后收集到的液體的紫外-可見吸收光譜圖。
[0010]圖5是實(shí)施例2中硫化鑰薄膜的液體分子分離性能。圖中譜線所示的是原始細(xì)胞色素c分子溶液以及通過硫化鑰薄膜后收集到的液體的紫外-可見吸收光譜圖。
[0011]圖6是不同厚度的硫化鑰薄膜的分離性能。左側(cè)坐標(biāo)表示水通量，右側(cè)坐標(biāo)表示截留率。圖上方塊點(diǎn)表示細(xì)胞色素c的截留率；三角形點(diǎn)表示伊文思藍(lán)的分子截留率；柱狀圖表示水通量。
[0012]圖7是硫化鑰薄膜的水通量與所加壓力之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0013]層狀硫化鑰納米片分子分離膜的制備方法的步驟如下:
1)在無氧除水條件下，將300-500毫克硫化鑰粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌24-48小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；
2)過濾反應(yīng)液，用300-500毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；
3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌3-5分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；
4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，8000-9000rpm離心10-30分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；
5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每4-6小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷3-4天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；
6)將1-2毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到
1.3-2.2微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率10%-20%。
[0014]以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1
I)在無氧除水條件下，將300毫克硫化鑰粉末加入到3毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌24小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；
2)過濾反應(yīng)液，用300毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；
3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌3分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；
4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，8000rpm離心10分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；
5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每4小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷3天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；
6)將I毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到1.3微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率 10% ο
[0016]實(shí)施例2
1)在無氧除水條件下，將500毫克硫化鑰粉末加入到5毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌48小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；
2)過濾反應(yīng)液，用500毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；
3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌3-5分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；
4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，9000rpm離心30分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；
5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每6小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷4天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；
6)將2毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到2.2微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率 20%ο
[0017]實(shí)施例3
1)在無氧除水條件下，將400毫克硫化鑰粉末加入到4毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌36小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；
2)過濾反應(yīng)液，用400毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；
3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌4分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；
4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，8500rpm離心20分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；
5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每6小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷4天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；
6)將1.5毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到1.8微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率20%。
【權(quán)利要求】
1.一種層狀硫化鑰納米片分子分離膜的制備方法，其特征在于它的步驟如下:1)在無氧除水條件下，將300-500毫克硫化鑰粉末加入到3-5毫升1.6 mM正丁基鋰的正己烷溶液中，將反應(yīng)容器密封，常溫下攪拌24-48小時，獲得已經(jīng)被插層的硫化鑰的正己烷懸濁液，反應(yīng)液從無氧無水環(huán)境中取出；2)過濾反應(yīng)液，用300-500毫升正己烷洗滌濾餅，得到半干的粉末；3)半干的粉末中加入100毫升水，攪拌3-5分鐘，超聲分散I小時，得到懸濁液；4)將懸濁液進(jìn)行離心分離，8000-9000rpm離心10-30分鐘，除去未能剝離好的大顆粒以及多余的氫氧化鋰；5)將上層清液收集起來，裝入35000Da透析袋中，用去離子水充分洗去多余的雜質(zhì)，第一天每4-6小時更換一次去離子水，以后每12小時更換一次去離子水，透析過程一共經(jīng)歷3-4天，得到提純干凈的硫化鑰水溶液；6)將1-2毫升提純干凈的硫化鑰水溶液直接抽濾到聚碳酸酯的多孔濾膜上，得到1.3-2.2微米的層狀硫化鑰納米片分子分離膜，所述多孔濾膜的孔徑為200納米，直徑2.5厘米，孔隙率10%-20%。
【文檔編號】B01D71/02GK103585896SQ201310561235
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】彭新生, 孫陸威 申請人:浙江大學(xué)