[发明专利]一种新型复合膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种新型复合膜材料及其制备方法与应用，其组成包括亲水性多孔基材、镧系氢氧化物、纤维素凝胶层，镧系氢氧化物均匀分布在纤维素凝胶层中，纤维素凝胶层与亲水多孔基材紧密附着，该新型复合膜材料可应用于选择性吸附分离同电荷混合染料；本发明通过改变反应条件可以调控复合膜的分离性能；本发明新型复合膜材料能高选择性分离相同负电荷的染料，克服了绝大多数分离膜只能通过静电相互作用分离两种带相反电荷染料的问题，本发明将为染料回收利用，特别是为高选择性分离同电荷混合染料提供新方法和新途径。

技术领域

本发明属于膜材料领域，具体涉及一种新型复合膜材料及其制备方法与选择性吸附分离同种电荷混合染料的应用。

背景技术

印染行业作为水污染大户，每年排放20-23亿吨废水，其废水排放量占全国废水排放的11％左右，占纺织业废水七成以上，对人类赖以生存的水资源造成了严重污染。将染料废水中的染料选择性回收利用，不仅能减轻染料废水对环境的污染，回收的染料还能产生经济价值。沉淀絮凝法、高级氧化法和吸附法能有效去除染料，但难以将染料回收利用。近年来，研究人员开发出金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)，通过精确控制MOFs和COFs的孔径实现对带正电荷而分子尺寸不同的两种染料的分离。然而，MOFs的制备成本高、稳定性差，COFs的制备耗时长、成本高，极大的限制了他们的实际应用。值得一提的是，MOFs和COFs只能分离带正电荷的两种染料，鲜有报道其能分离带负电荷的两种染料。因此，通过简单、低成本的方式制备出能分离带相同负电荷的两种染料的分离膜仍是一项挑战。

发明内容

本发明提供一种新型复合膜材料及其制备方法和其选择性吸附分离同种电荷混合染料的应用，解决现有技术难以分离带相同负电荷的两种染料的问题，通过简单、低成本的方法制备出功能性膜材料，实现对带负电荷的两种染料的分离，提供一种染料回收利用的新途径。

本发明提供一种新型复合膜材料，其组成包括亲水性多孔基材、镧系氢氧化物、纤维素凝胶层，所述镧系氢氧化物均匀分布在纤维素凝胶层中，纤维素凝胶层与亲水多孔基材紧密附着，所述镧系氢氧化物呈纳米线状或颗粒状。

本发明还提供所述新型复合膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)纤维素溶液的配制：将氯化锂和N,N-二甲基乙酰胺分别干燥除水后，将氯化锂加入N,N-二甲基乙酰胺中搅拌至溶解，即得纤维素溶剂体系，随后加入活化后的纤维素，室温下搅拌至完全溶解，得到纤维素质量分数为0.01％～1％的纤维素溶液；

(2)原位生成镧系氢氧化物：在纤维素溶液中加入镧盐，待镧盐完全溶解后将多孔基材浸渍在含镧盐的纤维素溶液中0.1～8h，随后取出多孔基材放入到碱液中反应1～24h，之后水洗至中性；

(3)单向冷冻处理：将水洗后的膜置于模具中，膜底部紧密贴合导热板，导热板下方盛装液氮以持续提供冷源，促进冰晶定向生长，进行单向冷冻处理30～120min后，通过冷冻干燥机干燥12～48h后，即得一种新型复合膜材料。

进一步地，步骤(1)中氯化锂的干燥是在100～180℃下真空干燥1～8h，N,N-二甲基乙酰胺的干燥是在100～150℃油浴中除水1～6h。

进一步地，步骤(1)中氯化锂与N,N-二甲基乙酰胺的质量比为(2～10)：(90～98)。

进一步地，步骤(1)中的纤维素原料为棉纤维素或从生物质中分离出来的纤维素，纤维素的纯度应在80％以上。

进一步地，步骤(1)活化后的纤维素是将纤维素在水、甲醇、二甲基乙酰胺中依次浸泡1～12h得到。

进一步地，步骤(2)镧盐与纤维素的质量比为0.05～5:1。

进一步地，步骤(2)多孔基材为定性滤纸、定量滤纸、混合纤维素滤膜、聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜中的一种，所述多孔基材呈亲水性但不局限于上述几种。