[发明专利]一种电化学强化下产生羟基自由基的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜的制备方法

说明书

本发明属于纳米材料组装技术领域，涉及一种电化学强化作用下可产生羟基自由基的多孔碳‑碳纳米管中空纤维膜的制备方法。其特征在于，涉及的制备方法是通过以下步骤来实现的：第一步，制备多孔碳的前驱体Zif‑8；第二步，制备多孔碳；第三步，将碳纳米管在浓酸溶液中酸化，引入亲水性基团；第四步，形成混合均匀的纺丝液；第五步，湿法纺丝形成中空纤维膜。第六步和第七步分别为去除有机溶剂和PVB，形成目标材料。其优点在于：制备工艺简单，无需昂贵的设备，方法灵活可控。在电辅助下通过O₂的还原产生H₂O₂，随后，H₂O₂与Fe²⁺的偶联产生·OH自由基。·OH自由基用于降解污染物，Fe³⁺通过电辅助还原为Fe²⁺。因此，Fe²⁺/Fe³⁺实现了有效的循环。

技术领域

本发明涉及到一种在电化学强化的作用下可产生羟基自由基的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜的制备方法，属于纳米材料组装技术领域。

背景技术

膜污染问题是膜分离技术的主要技术阻碍，极大的限制了膜分离技术的应用。诸多缓解膜污染的方案被广大研究学者陆续提出，其中，电化学技术以其能稳定，高效的去除膜材料表面的污染物质而备受关注。电化学排斥作用可排斥带相同电荷的污染物质，使其远离膜材料表面。电化学氧化作用可以无选择性的氧化去除膜材料表面及内部的污染物质。而通过加电方式产生的·OH、O₂·^-、HO₂·等活性物种可以将污染物转化为低毒或无毒的物质，将其矿化以实现完全去除。

碳是一种地球含量丰富的元素，它的价电子层结构为2s²2p²，得电子和失电子都不容易，通常是电子从s轨道上激发到p轨道上，以sp、sp²、sp³三种杂化轨道形式成键，正是由于不同的成键形式，碳材料种类繁多且性质差异较大，比较典型的碳材料电极主要包括、石墨、石墨烯(GR)、多孔碳、碳纳米管(CNT)等。其中，多孔碳材料具有大的比表面积、丰富的孔隙结构，其孔道结构复杂多样，利用多孔碳形成膜材料，尤其是中空纤维膜(中空结构比表面积大，与其他膜材料形式相比占地面积小)作为电极材料时可实现电氧化技术，通过污染物与膜材料电极直接发生电子传递、或与间接电氧化产生的·OH、O₂·^-、HO₂·等活性物种反应将污染物转化为低毒或无毒的物质，将污染物矿化实现完全去除。实现了缓解膜污染，降解污染物及膜材料再生的三重目标。但多孔碳多为颗粒状，煅烧后不能形成骨架，机械强度低，不利于实际应用。

发明内容

本发明拟采用碳纳米管作为基本支撑骨架，以多孔碳作为膜材料的主体，制备新型的多孔碳中空纤维膜。本发明所提出的制备方法，工艺简单，无需昂贵的设备，方法灵活可控，在电化学强化作用下新型的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜可产生羟基自由基。

本发明的基本构思是将酸化的碳纳米管和多孔碳利用湿法纺丝技术得到结构均一的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜。

本发明所提出的一种在电化学强化作用下可产生羟基自由基的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜的制备方法，制备的方法步骤如下：

(1)多孔碳的前驱体(沸石咪唑酯骨架)Zif-8制备：将硝酸锌的甲醇溶液，与2-甲基咪唑和三乙胺的甲醇溶液混合后，超声30分钟以上再静置4小时以上，之后进行固液分离，所得固体为Zif-8纳米片。

所述硝酸锌的甲醇溶液中硝酸锌与甲醇的比例关系为7.435g：500ml；所述2-甲基咪唑和三乙胺的甲醇溶液中2-甲基咪唑、三乙胺与甲醇的比例关系为：2.052g：3.2675g：500ml；硝酸锌的甲醇溶液与2-甲基咪唑和三乙胺的甲醇溶液的体积比为1：1。