二硫化钨二维纳米复合膜的制备及其性能研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangzhibo0508
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近年来,二维材料因其各种优良性能而被广泛研究,而二维膜因具有好的分离性能被广泛应用于水的净化。本文以二硫化钨(WS2)纳米片通过死端抽滤的方法制备不同的二硫化钨二维复合膜,并探究了复合膜在染料脱盐、染料分离和催化还原对硝基苯酚方面的应用。本论文主要从以下三个方面进行研究:首先,二硫化钨纳米片具有刚性,基于这一特点,我们从基底出发,将制备的二硫化钨纳米片通过死端抽滤的方法抽滤在阳极氧化铝(AAO)和聚酰胺(PA)膜上,并对其进行了染料脱盐的应用。通过实验我们发现,不同基底对制膜时二硫化钨纳米片的堆叠规整度有较大影响,继而影响膜的表面粗糙度和水通道,从而对膜的渗透性能和分离性能产生直接影响。与AAO为基底的二硫化钨膜(WS2/AAO)相比,以PA为基底的二硫化钨膜(WS2/PA)具有相似的染料截留,但具有更高的水通量和较低的盐截留。250nm厚的WS2/PA膜可达到597L/m2﹒h﹒bar的水通量,98.5%的孟加拉玫瑰红(RosB)截留和0.3%的氯化钠(NaCl)截留。这对染料脱盐应用的二维膜具有很大的提高。其次,银离子因具有正电荷,较好的抗污染性以及抗菌性能而被广泛的应用于膜复合改性。当应用于膜材料的改性时,带正电的银离子会和带负电的材料发生电荷作用,进而改变材料结构。目前有很多研究人员用银离子进行膜的改性,大多取得了较好的效果。但用银离子对二维过渡金属硫化物膜的改性却没有报道。我们将硝酸银(AgNO3)溶液和二硫化物钨纳米片进行混合,探究不同质量分数的硝酸银(0%,5%,10%,15%)对PA基底的二维二硫化钨膜结构的影响。研究发现,随着硝酸银含量的增加,二硫化钨/硝酸银复合膜的水通量逐渐增加。10%-AgNO3的WS2/Ag复合膜的纯水通量可以达到850 L/m2﹒h﹒bar,对细胞色素C(Cyt.c)的截留可以达到99.9%,伊文思蓝(EB)的截留可以达到90%。最后,基于以上两部分工作的研究,我们发现以PA为基底的二硫化钨膜具有良好的分离性能,掺杂金属离子的二硫化钨复合膜在通量提高上有一定帮助。为进一步拓宽二硫化钨复合膜的应用,我们将氯化钯(PdCl2)的盐酸溶液与二硫化钨纳米片分散液混合,再通过加入硼氢化钠,原位还原二价钯为纳米钯原子,进而用死端抽滤的方法制备成二硫化钨/钯(WS2/Pd)纳米复合膜。经过Pd改性的二硫化钨膜具有很多催化位点,且二维膜独特的层状结构为被催化物质与催化剂的接触提供较长的时间,因此在应用于对硝基苯酚(4-np)催化还原为对硝基苯胺(4-ap)时显现出良好的催化性能。实验表明,最高催化转化率达到98%,且在多次循环后仍能保持较高的催化性能。该研究表明,二维材料复合膜在膜催化方面具有良好的应用前景。
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