[发明专利]一种MIL-101(Fe)掺杂的秸秆基醋酸纤维素复合膜的制备方法

说明书

一种掺杂MIL‑101(Fe)的醋酸纤维素复合膜的制备方法，涉及一种复合材料的制备方法。本发明包括：（1）秸秆基纤维素的制备：秸秆粉末用甲苯和乙醇混合液进行萃取；对干燥粉末依次进行碱、酸处理；将产物与冰乙酸、乙酸酐和硫酸混合加热搅拌（回收冰乙酸），将沉淀物洗涤，离心，干燥得到醋酸纤维素。（2）MIL‑101（Fe）的制备：在N,N‑二甲基甲酰胺中加入铁盐、对苯二甲酸后，水热，得到黄色粉末，即为MIL‑101（Fe）材料；MIL‑101(Fe)是典型的铁基有机框架材料，有助于改善醋酸纤维素复合膜的性能。（3）掺杂MIL‑101(Fe)的醋酸纤维素复合膜的制备：将MIL‑101（Fe）和N,N‑二甲基甲酰胺混合，并超声分散。在室温下加入丙酮，聚乙二醇‑400和醋酸纤维素反应6小时，脱泡后在玻璃板上成膜。制备的掺杂MIL‑101(Fe)的醋酸纤维膜显示了较高的水通量和截盐率，在高盐废水、海水淡化方面有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种MIL-101(Fe)掺杂的的醋酸纤维素复合膜的制备方法。

背景技术

在21世纪，水资源短缺的现象随着人口增长和水污染的加剧而增加。污水回用和海水淡化正在迅速成为最有前途的解决方案，以满足水资源需求。近几十年来，膜技术已广泛应用于废水回用和海水淡化的实践中。

膜制备可以使用多种不同的原材料，例如金属，陶瓷，石墨，玻璃和聚合物粉末。实际上，所有聚合物都可以用作阻隔材料或膜材料，但是它们的化学和物理性质差异很大，以至于在实践中仅可以使用其中有限的几种。浸没沉淀引起的相转化过程是制备不对称聚合物膜的最常用技术；通过将基板浸入凝固浴中，流延溶液中的溶剂与沉淀介质中的非溶剂交换，并且发生相分离。该过程制备具有致密顶层和多孔子层的不对称膜，可以通过控制聚合物涂料溶液中的许多变量，例如组成，凝结温度和有机/无机添加剂来调控分子层的形成。

可再生、生物可降解、生态友好的天然高分子材料在膜技术领域受到广泛关注。醋酸纤维素(CA)由纤维素通过乙酰化反应制得，原材料丰富、来源广泛，具有亲水性、耐氯性等特点，由其制得的醋酸纤维膜具有高亲水性、高水通量等特点，这有益于膜结垢的最小化。与其他聚合物如聚乙烯醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚酰胺等相比，醋酸纤维素能提高膜的渗透性和选择性，因此，醋酸纤维膜被广泛运用于膜过滤过程。

近年来，研究人员利用新型的多孔亲水材料作为添加剂来改善膜的性能，新型材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架(MOFs)等。金属有机骨架是由金属离子或金属族和有机连接体形成的，它们具有永久的孔隙率、稳定的骨架、巨大的表面积和孔隙体积，因此被认为是用于存储、分离和催化等领域的多功能材料。有机连接剂使MOF与有机聚合物之间具有良好的亲和力，这有利于二者之间形成非共价键。非共价键的相互作用被用来增强界面的相容性，这有助于改善膜活性层的性质，而不会对其选择性产生任何负面影响。因此，基于MOF的混合基质膜(MMMs)得到了广泛的研究。

发明内容

综上所述，本发明旨在开发一种具有高水通量和高截盐率，机械强度高，耐酸碱的醋酸纤维膜：在此提供一种MIL-101(Fe)掺杂的醋酸纤维膜的制备方法。

掺杂MIL-101(Fe)的醋酸纤维膜的制备方法如下：

一、将秸秆剪碎用去离子水浸泡，干燥后用破壁机粉碎、过筛，用甲苯和乙醇混合液进行萃取，干燥；在干燥秸秆粉末中加入一定量的KOH溶液，搅拌，加热至一定温度，并保持2h，待冷却至室温后，离心、干燥。将干燥后的秸秆粉末加入到乙酸溶液加入中，搅拌、加热至一定温度，并保持5h，待混合物冷却至室温后，离心、干燥。将制得的纤维素与冰乙酸、乙酸酐和硫酸混合，混合物加热搅拌，并回收冰乙酸。冷却至室温后，将沉淀物洗涤至中性，离心、干燥。

二、在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中加入FeCl₃•6H₂O和对苯二甲酸（H₂BDC），充分混合后，进行水热反应；水热后的产物洗涤、干燥，得到黄色粉末，即为MIL-101(Fe)。