【技術實現步驟摘要】
本申請涉及功能薄膜，特別是涉及一種黏土復合膜及其制備方法和應用。
技術介紹
1、基于膜分離的技術可以在水資源循環利用中起到關鍵作用，被譽為21世紀最具發展潛力的水處理技術。膜法水質凈化技術的出水幾乎不受進水水質變化的影響，可以生產出優質的水，被應用于飲用水深度處理、水體污染物去除等水處理過程。但是膜分離過程僅僅是將污染物從污染水體中分離出來，無法真正做到污染物的降解。在以膜為核心的凈水過程中，由于污染物會逐漸沉積在膜表面甚至膜孔內部，因此長時間使用往往會造成膜孔堵塞，導致水壓降低，出水質量下降。因此，賦予傳統膜材料新的性質與功能，以實現水體微污染物同步分離與降解是研究者亟待解決的問題之一。
2、自2004年石墨烯材料被發現，石墨烯及類石墨烯二維納米材料在吸附、催化等環境相關領域展現出了極大的應用潛力。由二維石墨烯片層經過層層組裝制備的膜具有優異的膜分離性能，但是在剝離原始石墨獲得單片層石墨烯及制備其他二維材料的過程中存在諸多問題，比如制備過程需要大量的氧化劑、酸、堿，產率相對較低等，限制了二維材料的進一步推廣應用。以蛭石、蒙脫石、云母為代表的黏土礦物，由硅氧四面體和鋁氧八面體構成均勻的層狀結構，在自然界中儲量豐富。目前基于蛭石的應用多為建筑行業保溫材料及農業肥料，并且二維層狀蛭石膜雖然具有優異的膜分離性能，但是對雙酚a、苯酚等微污染物的截留性能有待研究，同時污染物在膜表面的堆積會造成膜污染，降低膜的使用壽命及篩分性能；其次截留過程僅僅將污染物從水體中分離出來，無法做到污染物的原位降解，仍需通過后處理進行污染物的降解，
技術實現思路
1、本申請提供一種黏土復合膜及其制備方法和應用，該黏土復合膜兼具分離和催化性能，能夠原位降解微污染物。
2、本申請的第一方面，提供一種黏土復合膜，包括多孔基底膜和至少位于所述多孔基底膜一側的黏土層，所述黏土層包括多層堆疊的單片層黏土納米片和附著于所述多層堆疊的單片層黏土納米片的層間及表面的過渡金屬離子。
3、在一些實施例中，所述過渡金屬離子包括co2+、mn2+、fe2+、fe3+、cu2+和ni2+中的一種或多種。
4、在一些實施例中，所述黏土層的厚度為15nm~500nm。
5、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片的厚度為0.5nm~2nm。
6、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片的片徑為1μm~10μm。
7、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片包括單片層蛭石納米片和單片層蒙脫石納米片中的一種或多種。
8、在一些實施例中，所述多孔基底膜的孔結構的平均孔徑為0.1μm~0.45μm。
9、在一些實施例中，所述多孔基底膜的厚度為2μm~500μm。
10、在一些實施例中，所述多孔基底膜的材質包括聚偏氟乙烯、聚醚砜和陶瓷中的一種或多種。
11、本申請的第二方面，提供一種黏土復合膜的制備方法，包括如下步驟：
12、將黏土置于不同的溶液中，經過攪拌處理和洗滌處理，制備包含單片層黏土納米片的溶液；
13、將所述包含單片層黏土納米片的溶液在多孔基底膜的至少一側進行層層組裝，經過熱處理，得到二維黏土膜，所述二維黏土膜中包含多層堆疊的單片層黏土納米片；
14、將所述二維黏土膜置于過渡金屬鹽溶液中，使所述過渡金屬鹽溶液中的過渡金屬離子附著于所述多層堆疊的單片層黏土納米片的層間及表面形成黏土層，制得所述黏土復合膜；
15、所述黏土復合膜包括所述多孔基底膜和至少位于所述多孔基底膜一側的所述黏土層，所述黏土層包括所述多層堆疊的單片層黏土納米片和所述過渡金屬離子。
16、在一些實施例中，所述過渡金屬離子包括co2+、mn2+、fe2+、fe3+、cu2+和ni2+中的一種或多種。
17、在一些實施例中，所述黏土層的厚度為15nm~500nm。
18、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片的厚度為0.5nm~2nm。
19、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片的片徑為1μm~10μm。
20、在一些實施例中，所述單片層黏土納米片包括單片層蛭石納米片和單片層蒙脫石納米片中的一種或多種。
21、在一些實施例中，所述熱處理的工藝條件包括：熱處理的溫度為100℃~150℃，熱處理的時間為12h~48h。
22、在一些實施例中，所述包含單片層黏土納米片的溶液的濃度為0.1mg/ml~1mg/ml。
23、在一些實施例中，所述多孔基底膜的材質包括聚偏氟乙烯、聚醚砜和陶瓷中的一種或多種。
24、在一些實施例中，將所述包含單片層黏土納米片的溶液在多孔基底膜的至少一側進行層層組裝的步驟包括：采用抽濾、噴涂、滴涂和旋涂中的至少一種方法將所述包含單片層黏土納米片的溶液在多孔基底膜的至少一側進行層層組裝。
25、在一些實施例中，將黏土置于不同的溶液中，經過攪拌處理和洗滌處理，制備包含單片層黏土納米片的溶液的步驟包括：
26、將所述黏土置于預處理溶液中，依次經過攪拌處理和洗滌處理，制備插層型黏土；
27、將所述插層型黏土分散于含有熱分解型物質的溶液中，經加熱處理，使所述熱分解型物質分解產生氣體以將所述插層型黏土剝離，得到所述包含單片層黏土納米片的溶液。
28、在一些實施例中，所述攪拌處理的工藝條件包括：攪拌溫度為25℃~120℃，攪拌時間為12h~48h。
29、在一些實施例中，所述加熱處理的工藝條件包括：加熱溫度為90℃~120℃，加熱時間為12h~48h。
30、在一些實施例中，所述黏土包括熱膨脹蛭石和蒙脫石中的一種或多種，所述插層型黏土包括插層型蛭石和插層型蒙脫石中的一種或多種。
31、在一些實施例中，所述預處理溶液包括鈉鹽溶液、鋰鹽溶液和表面活性劑溶液中的一種或多種。
32、在一些實施例中，所述鈉鹽溶液包括氯化鈉溶液、硫酸鈉溶液、碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液中的一種或多種。
33、在一些實施例中，所述鋰鹽溶液包括氯化鋰溶液、硫酸鋰溶液和碳酸鋰溶液中的一種或多種。
34、在一些實施例中，所述表面活性劑溶液包括十二烷基三甲基溴化銨溶液、十四烷基三甲基溴化銨溶液、十六烷基三甲基溴化銨溶液和十八烷基三甲基溴化銨溶液中的一種或多種。
35、在一些實施例中，所述鈉鹽溶液為飽和溶液。
36、在一些實施例中，所述鋰鹽溶液的濃度為1mol/l~3mol/l。
37、在一些實施例中，所述表面活性劑溶液的濃度為1mol/l~3mol/l。
38、在一些實施例中，所述熱分解型物質包括過氧化氫和碳酸氫鈉中的一種或多種。
39、在一些實施例中，在將所述插層型黏土分散于含有熱分解型物質的溶液中，經加熱處理，使所述熱分解型物質分解產生氣體以將所述插層型黏土剝離的步驟之后，還包括：對得本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種黏土復合膜，其特征在于，包括多孔基底膜和至少位于所述多孔基底膜一側的黏土層，所述黏土層包括多層堆疊的單片層黏土納米片和附著于所述多層堆疊的單片層黏土納米片的層間及表面的過渡金屬離子。
2.根據權利要求1所述的黏土復合膜，其特征在于，所述黏土復合膜具備如下特征(1)~(8)中的至少一個：
3.一種黏土復合膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法具備如下條件(1)~(9)中的至少一個：
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，將黏土置于不同的溶液中，經過攪拌處理和洗滌處理，制備包含單片層黏土納米片的溶液的步驟包括：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述包含單片層黏土納米片的溶液的制備方法具備如下條件(1)~(5)中的至少一個：
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在將所述插層型黏土分散于含有熱分解型物質的溶液中，經加熱處理，使所述熱分解型物質分解產生氣體以將所述插層型黏土剝離的步驟之后，還包括：對得到的產物進行洗
8.權利要求1~2中任一項所述的黏土復合膜或權利要求3~7中任一項制備方法制得的黏土復合膜在制備分離催化膜中的應用。
9.一種分離催化裝置，其特征在于，包括權利要求1~2中任一項所述的黏土復合膜或權利要求3~7中任一項制備方法制得的黏土復合膜。
10.根據權利要求9所述的分離催化裝置，其特征在于，所述分離催化裝置還包括過氧化氫和過硫酸鹽中的一種或多種。
...【技術特征摘要】
1.一種黏土復合膜，其特征在于，包括多孔基底膜和至少位于所述多孔基底膜一側的黏土層，所述黏土層包括多層堆疊的單片層黏土納米片和附著于所述多層堆疊的單片層黏土納米片的層間及表面的過渡金屬離子。
2.根據權利要求1所述的黏土復合膜，其特征在于，所述黏土復合膜具備如下特征(1)~(8)中的至少一個：
3.一種黏土復合膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法具備如下條件(1)~(9)中的至少一個：
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，將黏土置于不同的溶液中，經過攪拌處理和洗滌處理，制備包含單片層黏土納米片的溶液的步驟包括：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述包含單片層黏土納米片的溶液的制備方法具備如下條件(1)~(5)中的至少...
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