[发明专利]一种过滤薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种过滤薄膜，该过滤薄膜以木材切片为基材，木材切片的孔道内含有原位生长的金属有机框架材料。该过滤薄膜的原料易得，制备方法简单，易于实现工业化生产，使用该过滤薄膜处理废水能将废水中96.5％以上的有机污染物去除，并且该过滤薄膜可循环使用，具有较高的经济价值。

技术领域

本发明涉及一种过滤薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOF)是一种新型类沸石的介孔纳米材料，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。在MOF中，有机配体和金属离子或团簇的排列具有明显的方向性，可以形成不同的框架孔隙结构，从而表现出不同的吸附性能、光学性质、电磁性质等。与其他微介孔材料相比，MOF具有较大的表面积和高热稳定性，MOF在现代材料学方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。近年来，纺织、造纸、印刷、钢铁、焦化、石油、农药、油漆等现代工业的发展，产生了大量的有机污染物，其中大部分具有致癌、致畸、致突变且难生物降解的特点，这些有毒有害有机污染物对环境的巨大危害以及带来的环境问题越来越被人们所认识。为了解决这些问题，使用在水中稳定存在的MOF材料处理废水的研究越来越多，比如，使用MOF材料从废水中吸附重金属或者有害元素，以及从废水中吸附有机污染物。

然而，由于MOF颗粒通常是粉末形式的，将其用在废水处理中，一方面，颗粒容易发生团聚，影响处理效果；另一方面，由于MOF颗粒尺寸小，难以回收，不能循环使用。因此，目前用于处理废水的MOF材料的合成及其应用仅限于实验室内，难以实现工业化生产。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明经过深入研究发现，木材的结构独特，其内部具有很多孔道，为MOF在木材里的生长提供了有利的场所，并基于此，本发明提供了一种以木材切片为基体材料，通过在木材中原位生长金属有机框架材料，形成了一种含有金属有机框架材料的过滤薄膜，该过滤薄膜的原料易得，制备方法简单，易于实现工业化生产，且该过滤薄膜可循环使用，具有较高的经济价值。

根据本发明的第一方面，提供了一种过滤薄膜，所述过滤薄膜以木材切片为基材，木材切片的孔道内含有原位生长的金属有机框架材料。

所述木材切片的孔道包括中孔和微孔结构，中孔的孔道直径约为40-60μm，微孔的孔道直径约为5-10μm。

根据本发明的优选实施方式，在所述过滤薄膜中，金属有机框架材料的含量为0.5wt％-10wt％，例如可以为0.5wt％、1.5wt％、2.5wt％、3.5wt％、4.5wt％、5.5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％和10wt％以及它们之间任意的值，优选金属有机框架材料的含量为1wt％-7wt％。

根据本发明的优选实施方案，所述木材切片选自木材的横断面切片，即与树干长轴或木材纹理相垂直的切面。

根据本发明的优选实施方式，所述金属有机框架材料可以选自UiO(Zr₆簇类MOF)、ZIF(沸石类咪唑骨架材料)、MIL(拉瓦锡骨架材料)和IRMOL(网状金属有机框架材料)中的一种或多种，优选选自UiO-66、UiO-67、MIL-100(Fe)、MIL-53(Al)和ZIF-8中的一种或多种。

根据本发明的优选实施方式，所述木材切片的厚度为1-25mm，优选为5-25mm。

根据本发明的优选实施方式，所述过滤薄膜可以叠加使用，优选将2-8层所述过滤薄膜叠加使用。叠加使用时，可以将含有不同种类金属有机框架材料的过滤薄膜叠加在一起使用。

根据本发明的另一方面，提供了制备上述过滤薄膜的方法，包括：

I)提供金属有机框架材料的前驱体溶液；