[发明专利]一种羟基化氮化硼复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种羟基化氮化硼复合膜。将羟基化氮化硼、MXene和金属氢氧化铁纳米胶体在液相中混合均匀后，均匀分散在支撑基底上，水分抽干后成膜，用稀酸去除金属氢氧化铁纳米胶体，真空干燥后制得具有微孔结构的羟基化氮化硼复合膜。羟基化氮化硼的引入增强了复合膜的亲水性，通过氢氧化铁纳米颗粒的造孔，在复合膜内部形成微孔结构，使复合膜渗水性好。羟基化氮化硼与MXene之间存在氢键相互作用，使得复合膜层不易脱落，增加了羟基化氮化硼复合膜的机械性能。羟基化氮化硼复合膜中丰富的羟基增强了复合膜对亚甲基蓝的吸附作用。

技术领域

本方法涉及材料技术领域，尤其设计一种羟基化氮化硼复合膜及该复合膜的制备方法和应用。

背景技术

随着我国工业化进程的加快，水污染问题越来越严重。为解决当前的水污染问题，与水处理相关的膜材料受到了人们广泛的关注。在水处理领域，活性炭是广泛使用的净化材料，尽管活性炭具有原料易得，价格便宜的优势，但其对污染物的吸附能力较低，吸附速率较慢，并且重复利用率低。近年来，为了获得高性能的水处理材料，材料科学领域在不断研究和开发新型的水处理材料。氮化硼的分子式是BN，是由氮原子和硼原子构成的晶体，其具有机械性能强，比表面积高，良好的化学稳定性等优点，其在水处理领域受到广泛关注。氮化硼与碳的类似物一样，纯的BN材料与水或水溶液相互作用时表现出较强的疏水性，使得其在水介质中的分散性极差，不利于其在水处理过程中对污染物的应用。

现有技术CN 105797596 A公开了一种用于水净化的过滤膜，该过滤膜是由分散在硝酸溶液中的活性氮化硼通过重复抽滤和真空烘干等步骤制得，最终形成支撑在滤膜上的4层过滤吸附膜。该过滤膜虽然具有优良的水处理性能，高的热稳定性和结构稳定性，但其原料活性氮化硼不易大规模获得，使得将该过滤膜的广泛使用受阻。同时该方法制得的过滤膜支撑在滤膜上，在实际应用中，当有硬物以高速撞击过滤膜，或水流以高压力通过过滤膜时，存在过滤膜破裂或穿孔的风险。另一方面，该活性氮化硼膜在制备过程中活性氮化硼片层之间会堆叠聚集，降低了活性氮化硼片层之间成孔的概率，使得活性氮化硼膜对水的渗透性差，过滤速度慢。

发明内容

本发明的目的在于，为了加强氮化硼在水处理领域中的应用，减少应用成本，并解决氮化硼亲水性弱，在水中分散性差的问题，本发明提供了一种羟基化氮化硼复合膜及其制备方法，将羟基化的氮化硼应用到水处理领域，增强氮化硼的亲水性，增强其在水处理中的应用效果；另一方面为提高膜材料的微孔结构，本发明在羟基化氮化硼复合膜的制备过程中添加氢氧化铁纳米胶体，成膜后用稀酸溶液除去氢氧化铁纳米胶体，使制得的膜具有丰富的微孔结构。

为实现上述目的，本发明提供一种羟基化氮化硼复合膜，其组成包含羟基化氮化硼、MXene和支撑基底。

本发明还提供了一种羟基化氮化硼复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将羟基化氮化硼纳米片、MXene纳米片和金属氢氧化物纳米胶体在去离子水中混合，得到混合溶液；

（2）将步骤（1）中的混合溶液均匀分散后在基底上抽滤成膜；

（3）采用去离子水和稀酸溶液反复冲洗步骤（2）中的膜层，最后进行真空干燥，即得到羟基化氮化硼复合膜。

本发明较优的技术方案：所述步骤（1）中的混合物料的投料过程是先将MXene纳米片和氢氧化铁纳米胶体加入到去离子水中，分散均匀得到混合溶液；再将羟基化氮化硼纳米片加入到上述混合溶液中，混合均匀。将混合物料分步投放到去离子水中，有利于物料的的分散。

本发明较优的技术方案：所述步骤（1）中的金属氢氧化物纳米胶体为氢氧化铁纳米胶体，氢氧化铁纳米胶体尺寸为3-8 nm。

本发明较优的技术方案：所述步骤1中的羟基化氮化硼纳米片和MXene的加入量质量比为0.5-2：1，优选为0.75-1.4：1。