[发明专利]一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，配制氯化锌、四水氯化铟和硫代乙酰胺的水溶液；步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯溶解于N，N‑二甲基乙酰胺中；步骤3，将步骤1获得的前驱体溶液和步骤2获得的铸膜液分别涂在碳毡的两侧的表面，在80‑160℃条件下反应完全，获得所述负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料。本发明的膜复合材料能够连续对污水进行催化降解以及过滤；硫化铟锌光催化剂负载至碳毡支撑层的一侧，PVDF膜则负载至碳毡支撑层的另一侧，实现了光催化和膜分离过程在空间上的分离，两种过程不会相互影响。

技术领域

本发明属于光催化或光电催化膜复合材料技术领域，具体涉及一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料及其制备方法。

背景技术

硫化铟锌在光催化、电荷储存、电化学记录和热电应用等领域中具有巨大的潜在价值，近年来成为了一个热点研究的材料。硫化铟锌具有合适的半导体带隙结构，在可见光下具有较高的光催化活性，并且有多种合成方法，制备方便，已经广泛应用于光解水产氢光催化降解难降解有机污染物、光催化还原二氧化碳以及选择性催化氧化反应等。但纳米或微米级的粉末硫化铟锌光催化剂在污水处理中存在难以分离的问题。

聚偏氟乙烯(PVDF)是当今应用最广泛的膜分离材料之一，它抗氧化活性强、耐化学性优异、热稳定性强、机械强度大、成膜性能良好并且具有高耐磨性，易加工。PVDF膜常用于水处理中的超滤、微滤等过程。目前将PVDF膜与光催化过程耦合进行污水处理主要有两种方式：(1)负载型光催化膜反应器；(2)悬浮型光催化膜反应器。负载型光催化膜分为膜面负载和本体改性，但PVDF膜面很光滑，催化剂很难在其表面长期负载，而将光催化掺杂至PVDF膜内会显著降低光催化效果，并且有机的PVDF膜材料在长期光催化反应中膜结构可能会遭到破坏。对于悬浮型光催化膜反应器，PVDF膜主要用于截留和分离催化剂，但催化剂颗粒会堵塞膜孔并进一步在膜面形成滤饼层，产生严重的膜污染，造成PVDF膜通量下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料及其制备方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的膜复合材料能够连续对污水进行催化降解以及过滤；硫化铟锌光催化剂负载至碳毡支撑层的一侧，PVDF膜则负载至碳毡支撑层的另一侧，可实现光催化和膜分离过程在空间上的分离，但又将这两种过程耦合在一起，且两种过程不会发生相互影响。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，配制氯化锌、四水氯化铟和硫代乙酰胺的水溶液，获得前驱体溶液；

步骤2，将聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，获得铸膜液；

步骤3，将步骤1获得的前驱体溶液和步骤2获得的铸膜液分别涂在碳毡两侧的表面，在80-160℃条件下反应完全，获得所述负载硫化铟锌与聚偏氟乙烯的膜复合材料。

进一步的，步骤1具体包括，将氯化锌、四水氯化铟和硫代乙酰胺溶解于去离子水中，氯化锌、四水氯化铟和硫代乙酰胺的摩尔质量比为1:2:6；将配制的水溶液调节pH至2-3。

进一步的，在步骤2中，聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯的质量比为1:5。

进一步的，步骤2具体为，在室温下，将聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯溶解于持续搅拌中的N，N-二甲基乙酰胺中，持续搅拌直至除去气泡。

进一步的，步骤3中还包括对碳毡的预处理，具体步骤包括：

(1)将选取的碳毡置于丙酮中浸泡30-60分钟，使用去离子水冲洗；

(2)将步骤(1)处理后的碳毡置于无水乙醇中浸泡30-60分钟，再次使用去离子水冲洗；