[发明专利]一种电沉积制备ZIF-8复合膜的方法及其应用

说明书

一种电沉积制备ZIF‑8复合膜的方法及其应用，本发明涉及一种电沉积制备ZIF‑8复合膜的方法及其应用。本发明是为了解决现有制备方法存在的厚度不均、缺陷难以控制的问题。由基底膜和ZIF‑8分离层构成；分离层是一层致密、厚度均匀的ZIF‑8晶体分离层膜孔小且均匀，膜层厚度均匀且薄，对于水中的小分子污染物分离能力较强。方法：基底膜溅射贵金属导电后，将基底膜与石墨纸分别作为工作电极和对电极浸入盛有前驱液的电解池中以基底膜作为阴极，在常温常压下通过一步电沉积法合成。本发明所制备的复合膜对较小的染料分子表现出优异的截留性能，通量较传统方法制备的MOFs复合膜更大。本发明用于染料废水截留。

技术领域

本发明涉及一种电沉积制备ZIF-8复合膜的方法及其应用。

背景技术

目前，由于工业用水不适当地排放到环境中，农业领域化肥利用率高，人口增长带来的生活用水排放增多等诸多因素，水污染问题是全球环境污染的主要问题之一，造成了严重的淡水资源缺乏及生态环境破坏。随着工业发展，越来越多的合成染料代替了天然染料在工业中大规模使用。目前有超过10多万种商业染料(其中偶氮染料重量约70％)，在工业染色工艺中，并不是所有的染料都附着表面，流失的染料产生染料废水。全球每年可以生产100多万吨染料，其中50％是纺织染料。

在众多水处理技术中，膜技术受到广泛关注，与其他纯化技术相比，由于其效率高、无二次污染、操作简便且所需空间较小，是有效去除水中污染物的方法。近年来，有越来越多的膜分离技术被研究用于染料废水的处理。许多分子较小的染料废水，其难生物降解和不易被截留的特性，其中纳滤膜针对水中较小分子直径的染料分子，有更好的应用前景。

不同类型的有机聚合物膜、多孔复合膜(TFC)、无机膜等，可用于废水处理。有机膜膜孔尺寸多样但耐性较差，且容易被污染；此外，无机膜在处理小分子污染物废水方面效果并不好。在新兴材料中，有机-无机杂化微孔晶体材料(organic–inorganic hybridmicroporous crystalline materials，MOFs)由于其高比表面积、独特的结构和化学可调谐性，在过去的十年中得到了广泛的研究，得到了全世界的广泛关注和认可。沸石咪唑酸盐骨架(ZIFs)是金属有机骨架的一个亚类，是一种新型的结晶性多孔材料，兼具沸石和MOFs的优异性能，如结晶度、微孔率、高比表面积和优异的热稳定性和化学稳定性。

电化学方法与其他方法相比具有许多优点，例如合成时间更短且合成条件更温和，它还提供了直接实时影响反应的可能性，提供了更多的控制能力和以连续的方式进行合成的能力，此外电化学方法的局部性质允许形成定向薄膜，而无需像通常情况那样对表面进行预处理。可以对较难处理的小分子染料废水，ZIF-8膜均匀稳定的膜孔和较小的孔径具有良好的应用前景。

发明内容

本发明是为了解决现有制备方法存在的厚度不均、缺陷难以控制的问题，提供了一种电沉积制备以ZIF-8做分离层的复合膜的方法及其应用。

本发明一种电沉积制备ZIF-8复合膜的方法以分析纯的二水合乙酸锌、2-甲基咪唑溶于去离子水为原料，在常温常压下进行电沉积合成，具体是按以下步骤进行：

一、配制电沉积前驱液：将2-甲基咪唑和二水合硝酸锌分别完全溶解在去离子水中，得到2-甲基咪唑溶液和二水合硝酸锌溶液，将两种溶液混合搅拌，得到ZIF-8前驱体溶液；

二、基膜前处理：将基膜在去离子水中冲洗干净后干燥，在基膜上溅射沉积贵金属，得到导电基底膜；

三、电沉积：采用两电极沉积体系，将导电基底膜与石墨纸用电极夹固定并平行分离2.0cm，浸入ZIF-8前驱体溶液，以导电基底膜为工作电极、石墨纸为对电极进行电沉积，得到复合膜；

四、完成电沉积后，采用去离子水反复冲洗至复合膜表面无ZIF-8大颗粒残留，干燥，得到ZIF-8复合膜。

上述方法制备的ZIF-8复合膜在水处理中的应用是将ZIF-8复合膜用于染料废水截留。