一种量子点/有机硅混合基质膜及其制备方法和渗透汽化应用

本发明属于膜分离，具体涉及一种量子点/有机硅混合基质膜及其制备方法和渗透汽化应用。

背景技术：

1、乙酸在工业生产或应用中会出现副产物水，因此需要对乙酸的水溶液进行脱水提纯。采用渗透汽化膜分离技术具有占地面积小、能耗低、操作简单等优点，在有机溶剂脱水方面有优异的性能，因此可以作为一种有效的技术来提高乙酸的工业纯度水平。

2、有机硅膜是一类新的有机-无机杂化二氧化硅膜材料，由有机基团和si-o-si网络结构构成。有机硅膜在酸性条件和水热环境中下相较于传统的有机膜与无机膜具有较好的稳定性。但是有机硅膜也有着一定的缺点，由于孔径的限制和网络的疏水性质，导致它的水通量较低。而通常的改性方法是在有机硅网络中引入金属有机框架材料(mof)或二维纳米片等材料，这些材料增强了有机硅膜的亲水性及筛分效果，提高了膜的分离因子，但材料本身过大的体积会导致渗透物分子的传递路径更加曲折，传递阻力增加，阻碍了通量的进一步提高。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种量子点/有机硅混合基质膜，所述混合基质膜由桥连有机硅与氮化碳量子点组成，结构式如式(a)所示；

4、

5、其中，式中，r表示-ch2-ch2-或-ch2-；所述氮化碳量子点通过氢键均匀的分散在有机硅的网络结构中。

6、本发明再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种量子点/有机硅混合基质膜的制备方法。

7、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

8、含c-n有机物一次热解形成氮化碳块状物，依次进行球磨、二次热处理以及碱催化剥离反应，制备出氮化碳量子点；

9、有机硅源前驱体在酸性催化剂催化下进行水解聚合反应制得有机硅溶胶；

10、将氮化碳量子点分散到水和乙醇的混合溶剂中，形成分散液，并与有机硅溶胶混合得到量子点/有机硅混合溶胶；

11、将量子点/有机硅混合溶胶涂覆于多孔陶瓷支撑体上煅烧，重复涂覆、煅烧过程，形成量子点/有机硅混合基质膜。

12、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述一次热解，其中，热解温度为400～500℃，热解时间为1～5h；所述二次热处理，其中，处理温度为550～600℃，处理时间为1～5h；所述球磨的时间为1～5h。

13、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述碱催化剥离反应，其中，反应温度为150～200℃，反应时间为24～36h。

14、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述水解聚合反应，包括，把有机硅源前驱体添加到etoh中，然后依次添加水和催化剂。

15、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述水解聚合反应，其中，有机硅源前驱体∶h2o∶催化剂∶etoh＝1∶3～300∶0.01～0.2∶10～3000。

16、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述有机硅源前驱体包括1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷或双(三乙氧基硅基)甲烷中的一种或多种；所述催化剂包括盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种。

17、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述量子点在量子点/有机硅混合溶胶中的质量比为0～10％。

18、作为本发明所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法一种优选方案，其中：所述煅烧，其中，煅烧时间为30～60min，煅烧温度为200～250℃，重复涂覆和煅烧的次数为2～4次。

19、本发明再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种量子点/有机硅混合基质膜的应用。

20、为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案，包括，所述量子点/有机硅混合基质膜用于渗透汽化含酸性有机物的溶液脱水。

21、本发明有益效果：

22、本发明制备的量子点/有机硅混合基质膜，一方面，有机硅具有可调的网络结构，有机基团赋予了膜材料耐酸性及水热稳定性。另一方面，氮化碳具有亲水性，且其形成的量子点结构在膜中的堆叠可以为水分子提供快速扩散的通道，有利于水分子提升扩散速率，显著提高通量和选择性。

23、氮化碳量子点(g-cnqds)具有氮化碳纳米片相似的物理化学性质，但平均横向尺＜10nm，在提供多裸露亲水基团的同时，为水分子穿透膜提供了更短、更通畅的运输路径，从而提高渗透速率，进而提高通量及分离因子。

技术特征：

1.一种量子点/有机硅混合基质膜，其特征在于：

2.如权利要求1所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：包括，

3.如权利要求2所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述一次热解，其中，热解温度为400～500℃，热解时间为1～5h；所述二次热处理，其中，处理温度为550～600℃，处理时间为1～5h；所述球磨的时间为1～5h。

4.如权利要求2所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述碱催化剥离反应，其中，反应温度为150～200℃，反应时间为24～36h。

5.如权利要求2所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述水解聚合反应，包括，把有机硅源前驱体添加到etoh中，然后依次添加水和催化剂。

6.如权利要求5所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述水解聚合反应，其中，有机硅源前驱体∶h2o∶催化剂∶etoh＝1∶3～300∶0.01～0.2∶10～3000。

7.如权利要求6所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述有机硅源前驱体包括1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷或双(三乙氧基硅基)甲烷中的一种或多种；所述催化剂包括盐酸、硫酸或硝酸中的一种或多种。

8.如权利要求2所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述量子点在量子点/有机硅混合溶胶中的质量比为0～10％。

9.如权利要求2所述的量子点/有机硅混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述煅烧，其中，煅烧时间为30～60min，煅烧温度为200～250℃，重复涂覆、煅烧的次数为2～4次。

10.如权利要求1所述的量子点/有机硅混合基质膜的渗透汽化应用，其特征在于：所述量子点/有机硅混合基质膜用于渗透汽化含酸性有机物的溶液脱水。

技术总结
本发明属于分离膜技术领域，涉及一种量子点/有机硅混合基质膜及其制备方法和渗透汽化应用，通过热解有机物制备氮化碳量子点，通过水解聚合法制备有机硅溶胶，将量子点和有机硅溶胶混合后负载于支撑体上进行热处理，形成连续无缺陷有机硅膜。平均尺寸仅为2～5nm的量子点，提供了更多裸露的亲水基团，并为水分子穿透膜提供了更短、更通畅的运输路径，在渗透汽化应用中，使得水分子通过膜的扩散速率更快，同时又与有机硅共同提供了更好的筛分性能，提高了膜对于有机物与水分离的渗透通量及分离因子。

技术研发人员：任秀秀,顾袁良,钟璟,徐荣,郭猛
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15