Freistehende ultralange Natriumtitanat-Nanoröhrenmembran mit Öl-Wasser-Trennung, Selbstreinigung und Photokatalyse-Eigenschaften

Einführung

Öliges Wasser, das aus Industrieabwässern und häufigen Ölunfällen entsteht, ist schädlich für die Umwelt, Tiere, Pflanzen und sogar den Menschen und hat weltweit große Besorgnis erregt. Die Entfernung von hartnäckigem Öl aus Wasser ist eine harte Arbeit [1, 2]. Gegenwärtig sind viele Behandlungsmethoden für ölhaltiges Abwasser entwickelt worden. Die Membrantrenntechnologie hat aufgrund ihrer Vorteile des geringen Energieverbrauchs, der Flexibilität, der Umweltfreundlichkeit und der hohen einstufigen Trenneffizienz viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen [3, 4]. Viele Forschungen wurden durchgeführt, um die Nachhaltigkeit und Effizienz der Membrantrenntechnologie zu verbessern. Szekelyet al. stellte fest, dass während des Herstellungsprozesses der Polymermembran eine große Menge Abwasser anfällt, was die Membrantrenntechnologie nicht so grün macht, wie sie bekannt ist. Um die Membrantechnologie umweltfreundlicher und nachhaltiger zu machen, schlugen sie einen kontinuierlichen Abwasserbehandlungsprozess vor, um über 99% der organischen Verunreinigungen durch Adsorptionsmittel zu entfernen und dieses gereinigte Wasser für die Herstellung von Membranen ohne nachteilige Auswirkungen auf die Leistung der endgültigen Membran wiederzuverwenden [5 ]. Sie zeigten auch die direkten und indirekten Auswirkungen der Polarität des Behandlungslösungsmittels auf die Membranleistung durch systematische Studien, die erfolgreich zur Verbesserung der Effizienz der pharmazeutischen Reinigung angewendet wurden [6]. In jüngerer Zeit wurden viele Nano-Engineering-Techniken für die präzise Herstellung poröser Membranen entwickelt, um die erforderliche spezifische Trennung zu erfüllen. Yanget al. stellten eine lösungsmittelfreie Kristallisation von MOF (ZIF-8) Membranen durch einen schichtweisen Abscheidungsprozess her. Die defektfreie ZIF-8-Membran zeigte sowohl höhere H₂ Permeabilität und höheres H₂ /CO₂ Selektivität gleichzeitig als die jemals berichteten ZIF-8-Membranen [7]. Inspiriert von der Meeresmuschel haben Szekely et al. stellten zum ersten Mal eine nanotechnologische Membran her, die durch In-situ-Polymerisation von Dopamin in einem PBI-Träger zur Trennung polarer aprotischer Lösungsmittel gebildet wurde. Die Beschichtung mit PDA eliminierte die kovalente Vernetzung des PBI-Rückgrats und erreichte den höchsten Permeanzwert von DMF [8]. Die Herstellung von Membranen mit funktionellen Materialien verleiht der Membran neben der Trennung eine Multifunktionalität. Xuet al. berichtete über eine Verbundmembran aus LiNbO₃ Überzugsschicht und Poly(ethersulfon) (PES)-Träger. Das Vorhandensein von LiNbO₃ ausgestattet mit der photokatalytischen Denitrifikationsfunktion der Membran [9]. Multifunktionsmembranen sollen effektiv Öl aus verschiedenen Abwässern entfernen [10,11,12].

In letzter Zeit wurden aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche, geringen Dichte und hohen Wärmeleitfähigkeit und chemischen Empfindlichkeit sowie einstellbarer Metall- und Halbleitereigenschaften immer mehr anorganische 1D-Materialien verwendet, um freistehende Membranen zu erhalten [13,14,15, 16]. 1D-Titanatmaterialien haben nicht nur eine einzigartige Schichtstruktur, gute elektrochemische und optische Eigenschaften, sondern besitzen auch hervorragende mechanische Eigenschaften. Diese Eigenschaften ermöglichen den Einsatz in den Bereichen Photokatalyse [17], Adsorption [18, 19], Natrium-Ionen-Batterie [20] und Energiespeicherung [21]. Kürzlich haben Wang et al. stellten eine Membran für die hocheffiziente Trennung von Öl/Wasser-Emulsionen unter Verwendung von Natriumtitanat-Nanofasern her, die auf einer Cellulose-Mikrofaserschicht getragen wurden [22]. In dieser Arbeit wurde eine freistehende Membran hergestellt, indem nur ultralange Natriumtitanat-Nanoröhrchen mit einer Länge von Hunderten von Mikrometern verwendet wurden. Diese freistehende Membran zeigte eine ausgezeichnete Flexibilität. Nach der Modifizierung mit Methyltrimethoxysilan (MTMS) besitzt die freistehende hydrophobe Membran Öl-Wasser-Trennungs-, Selbstreinigungs- und Photokatalysefunktionen, die für das Recycling von Trennmembranen günstig sind.

Methoden

Materialien

TiO₂ Pulver (P25) wurde von Deguassa Co. Ltd., Deutschland, bezogen. Methyltrimethoxysilan (MTMS, ≥ 98 %) und Ethanol (CH₃ .) CH₂ OH, ~95%) wurden von Aladdin Reagent Company, China, bezogen. Salzsäure (HCl, 37%), Natriumhydroxid (NaOH, ≥ 96%) und Oxalsäure (≥ 99,5%) wurden von Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. bezogen. Alle chemischen Reagenzien wurden im Versuchsprozess ohne weitere Reinigung verwendet . Während dieses Experiments wurde entionisiertes (DI) Wasser verwendet.

Synthese von Na₂ Ti₃ O₇ Ultralange Nanoröhren

Die Synthese von Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren wurde nach der Literaturvorschrift [22, 23] hergestellt. Typischerweise wurden 0,2 µg P25-Pulver zu 30 µl einer 10&supmin;M wäßrigen NaOH-Lösung unter kontinuierlichem Rühren für 5 Minuten zugegeben. Dann wurde die Aufschlämmung mit einem Magnetrührer in einen mit Teflon ausgekleideten 50 &mgr;l-Edelstahlautoklaven überführt. Der Autoklav wurde in ein Silikonölbad gestellt und die Reaktionstemperatur wurde 24 Stunden lang auf 130°C eingestellt. Die Rührgeschwindigkeit beträgt 300 U/min. Nach der Reaktion wurde der Autoklav natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Niederschlag wurde gewonnen und mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssiges NaOH zu entfernen. Das erhaltene Produkt wurde weiter gereinigt, indem dreimal eine 0,1 M HCl-Lösung verwendet wurde, um hochreines Na₂ . herzustellen Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhrchen und mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen bis pH =7.

Synthese von freistehendem Na₂ Ti₃ O₇ Poröse Membran- und Oberflächenmodifikation

Freistehendes Na₂ Ti₃ O₇ poröse Membran wurde durch einfache Vakuumfiltration ohne weitere Zusätze hergestellt. Normalerweise Na₂ Ti₃ O₇ in Ethanol dispergierte ultralange Nanoröhrchen mit unterschiedlichen Konzentrationen wurden in die Filterflasche gegossen und 10&supmin; vakuumfiltriert. Die erhaltene Membran wurde bei Raumtemperatur getrocknet. Durch die Verwendung unterschiedlicher Mengen an Na₂ Ti₃ O₇ Es wurden ultralange Nanoröhren, poröse Membranen mit Gewichten von 30 mg, 45 mg, 60 mg und 75 mg erhalten, die entsprechend als F-30, F-45, F-60 und F-75 definiert sind.

Die erhaltenen Membranen wurden durch Eintauchen in eine MTMS-Sol-Gel-Lösung für 30 Sekunden modifiziert und eine Nacht bei Raumtemperatur getrocknet.

Charakterisierung

Die Morphologie und Größe der erhaltenen Proben wurden auf einem Tecnai G2 F30 S-Twin Transmissionselektronenmikroskop (TEM, FEI, USA) bei 200  kV untersucht. Die Morphologien der Membranen wurden unter Verwendung eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (REM, Hitachi S4800) charakterisiert. Pulverröntgendiffraktometer (XRD) wurden auf einem Bruker D8 Advance Pulverröntgendiffraktometer bei einer Abtastrate von 4° min ^–1 . aufgenommen , mit Cu-Kα-Strahlung (λ =1,5406 Å) im Bereich von 10–60°. Der Kontaktwinkel (CA) der Membranen wurde auf einem Gerät Krüss DSA 30 (Krüss Company, Ltd., Deutschland) gemessen

Ergebnisse und Diskussion

Na₂ Ti₃ O₇ Ultralange Nanotubes und freistehende Membran

Abbildung 1a ist das XRD-Muster des Produkts, das durch das hydrothermale Rührverfahren synthetisiert wurde. Es ist ersichtlich, dass es charakteristische Spitzen bei 11,1°, 18,8°, 25,4°, 30,3°, 34,8°, 36,7°, 39,2°, 44,2°, 48,9°, 50,2° und 53,1° gibt, die indiziert werden können als ( 100), (200), (011), (300), (− 303), (− 204), (− 401), (− 214), (020), (120) und (220) Ebenen von Na₂ Ti₃ O₇ (JCPDS, 59-0666) bzw. [24, 25]. Der Grundbaustein dieser Art von Natriumtitanat-Struktur ist TiO₆ Oktaeder, dessen Rand eine negativ geladene Schichtstruktur bildet, und das entgegengesetzte Kation von Na ⁺ befindet sich zwischen benachbarten Schichten, was zu einem variablen Schichtabstand führt [26,27,28]. Die XPS-Messung bestätigt außerdem die Anwesenheit von Na, Ti und O im Produkt mit einem Atomverhältnis von 1:1,58:4,04, was sich auf die Zusammensetzung von Na₂ . bezieht Ti₃ O₇ (Zusatzdatei 1:Abbildung S1). Abbildung 1b zeigt das SEM-Bild des erhaltenen Na₂ Ti₃ O₇ , die wie ultralange „Nanobelts“ aussieht. Es ist ersichtlich, dass die Länge von Na₂ Ti₃ O₇ „Nanobelts“ können bei guter Flexibilität bis zu Hunderte von Mikrometern erreichen, was die Bildung freistehender poröser Membranen begünstigt. Die ultralangen „Nanobelts“ mit ausgezeichneter Flexibilität neigen dazu, sich entlang der Achse anzuordnen (Abb. 1c). Eine hochauflösende Transmissionselektronenmikroskop-(HRTEM)-Aufnahme eines typischen einzelnen „Nanobelts“ zeigt jedoch, dass es sich bei dem „Nanobelt“ tatsächlich um eine Nanoröhrenstruktur handelt (Abb. 1d). Der Gitterabstand von 0,92 nm entspricht dem Zwischenschichtabstand der (100)-Facette von geschichtetem Na₂ Ti₃ O₇ , was auf die mehrwandige Nanoröhrenstruktur von Na₂ . hinweist Ti₃ O₇ .

a XRD-Muster, b SEM, c TEM und d HRTEM von Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren

In dieser Studie wurde das Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren wurden durch hydrothermale Verfahren unter Rühren synthetisiert. Sonneet al. [29] haben den Bildungsmechanismus von Na₂ . systematisch untersucht Ti₃ O₇ Nanotubes im Hydrothermalverfahren ohne Rühren. Im Allgemeinen ist die Länge von Na₂ Ti₃ O₇ Nanoröhren, die im Hydrothermalverfahren ohne Rühren synthetisiert werden, beträgt etwa 500 nm. Diese kurzen Nanoröhren aggregieren leicht, was der Bildung von Membranen nicht förderlich ist (Abb. 2a). Es wurde berichtet, dass die Länge von Titanat-Nanoröhren durch eine Rotationsgeschwindigkeit während der hydrothermalen Reaktion gesteuert werden kann [23, 30]. Wir fanden, dass das verlängerte Na₂ Ti₃ O₇ Nanotubes lassen sich leicht flach zu einem Film verlegen (Abb. 2b). Aber wenn Sie diese Na₂ . verwenden Ti₃ O₇ Nanoröhren zur Bildung einer freistehenden Membran, müssen Polymerträger wie Polyethylenimin (PEI) verwendet werden [31]. Um eine freistehende Membran ohne Polymerträger zu erhalten, muss die Menge an Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren untersucht. SEM- und TEM-Bilder in Abb. 3 zeigen, dass die Membranen aus zufällig ausgerichteten ultralangen Nanoröhren bestehen und mit zunehmendem Membrangewicht Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren sind dichter. Abbildung 3a–f zeigt, dass, wenn die Menge an Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren sind klein (30 mg und 45 mg), die Anordnung von Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren ist locker und die Haftung zwischen den Nanoröhren ist unzureichend. Diese Membranen haben zwar eine gewisse Zähigkeit, neigen aber dazu, sich beim Biegen zu halbieren (Einschübe in Abb. 3c und f). Aber wenn das Gewicht der Membran bis zu 75 mg erreicht, verflechten sich dieser hohe Gehalt an Nanoröhren stark, was zu weniger Freiheit zwischen den Nanoröhren und Unebenheiten der Membran führt (Abb. 3j–l). Folglich wird eine F-75-Membran mit geringerer Zähigkeit leicht in kleine Stücke zerbrochen (Einschub in Abb. 31). Die F-60-Membran weist aufgrund ihres moderaten Nanoröhrchengehalts, relativer Freiheit untereinander und ausreichender Haftung eine ausgezeichnete Zähigkeit auf (Abb. 3g–i). Daher wurde F-60 für weitere Studien verwendet. Zusätzliche Datei 1:Abbildung S2a–d gibt an, dass die entsprechenden Dicken von F-30, F-45, F-60 und F-75 44 µm, 88 µm, 116 µm bzw. 210 µm betragen (Tabelle 1, Abb. 4). Die Dicke dieser Membranen steht in einem linearen Zusammenhang mit dem Gewicht von Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren (Abb. 4). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Dicke und Zähigkeit der Membranen durch die Kontrolle der Menge an Na₂ . eingestellt werden können Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren.

REM-Bilder von Na₂ Ti₃ O₇ Nanoröhren, synthetisiert durch hydrothermale Methode mit 0 rpm (a ) und 300 U/min (b )

REM-Aufnahmen des Querschnitts von F-30 (a , b ), F-45 (d , e ), F-60 (g , h ) und F-75 (j , k ). TEM-Bilder der Draufsicht von F-30 (c ), F-45 (f ), F-60 (i ) und F-75 (l ). Die Einschübe sind die optischen Abbildungen der entsprechenden Membranen

Die Auftragung der Dicke gegen das Gewicht der Membran

Benetzbarkeit der F-60-Membran

Fig. 5a zeigt, dass sich sowohl Tetrachlorkohlenstoff (linke Seite, methylrot gefärbt) als auch Wasser (rechte Seite, methylenblau gefärbt) ausbreiten und die erhaltene F-60-Membran durchdringen können. Die Oberflächenspannung von Tetrachlorkohlenstoff und Wasser beträgt 26,1 mN m ⁻¹ und 72,8 mN m ⁻¹ [32] bzw. Um eine hydrophobe Membran zur Trennung von Öl-Wasser-Gemischen zu erhalten, muss die Oberflächenspannung der F-60-Membran kleiner als ¼ des reinen Wassers sein (ca. 18 mN m ⁻¹ ) [33]. Dann muss die erhaltene F-60-Membran modifiziert werden. In unserer Studie lässt sich die freistehende F-60-Membran aufgrund ihrer geringen Oberflächenenergie und rauen Mikro-Nano-Struktur durch Eintauchen in MTMS-Sol leicht modifizieren [34,35,36]. Die Alterungszeit des MTMS-Sols beeinflusst den Kontaktwinkel der modifizierten F-60-Membran. Abbildung 5b zeigt, dass mit zunehmender Alterungszeit der Kontaktwinkel der modifizierten F-60-Membran zunimmt. Aber wenn die Alterungszeit 14 h beträgt, nimmt der Kontaktwinkel ab. Denn mit zunehmender Alterungszeit bildet sich MTMS-Gel mit schlechter Fließfähigkeit, was zur unebenen Oberfläche der F-60-Membran (Zusatzdatei 1:Abbildung S3) und zur Abnahme des Kontaktwinkels führt [37]. Die Alterungszeiten zwischen 10 und 12 h sind geeignet, um eine hydrophobe Membran zu erhalten.

a Optisches Foto der F-60-Membran, die mit Tetrachlorkohlenstoff (linke Seite, methylrot gefärbt) und Wasser (rechte Seite, methylenblau gefärbt) beträufelt wurde. b Einfluss der Alterungszeit von MTMS auf den Kontaktwinkel der modifizierten F-60-Membran

Multifunktion der modifizierten F-60-Membran

Schwerkraftgetriebene Öl/Wasser-Trennung wurde durch viele hydrophobe oder hydrophile Membranen erreicht, die eindimensionale Komponenten enthielten [37,38,39,40]. Daher wurde die modifizierte F-60-Membran mit Hydrophobizität zunächst zur Trennung nicht mischbarer Öl-Wasser-Gemische verwendet. Die Ölphase ist Tetrachlorkohlenstoff und die Wasserphase ist reines Wasser, die durch Methylrot bzw. Methylenblau gefärbt sind. Der Öl/Wasser-Trennprozess wird in einer einfachen Öl/Wasser-Trennvorrichtung durchgeführt, wie in Fig. 6a gezeigt. Die modifizierte F-60-Membran wurde zwischen zwei Glasröhrchen fixiert. Wenn das Öl/Wasser-Gemisch auf die Membran gegossen wird, durchdringt Tetrachlorkohlenstoff die Membran, während Wasser in der Oberseite gehalten wird. Zehn Milliliter Tetrachlorkohlenstoff können in 240 s die Membran passieren. Der berechnete Membranfluss beträgt etwa 849 L m ⁻² h ⁻¹ und die Trennleistung für nicht mischbare Öl/Wasser-Gemische durch die modifizierte F-60-Membran erreicht bis zu 99,7 %. Im Allgemeinen ist die Wasserphase insbesondere bei öligen Industrieabwässern nicht neutral. Abbildung 6b zeigt, dass die modifizierte F-60-Membran eine hohe Trennleistung beibehält und sogar die Wasserphase korrosive Säuren, Alkalien oder Salze enthält.

a Öl/Wasser-Trenngerät und -Verfahren, b Trennleistungen für nicht mischbare Öl/Wasser-Gemische mit unterschiedlichen Wasserphasen durch die modifizierte F-60-Membran

Abgesehen von den unterschiedlichen chemischen Gehalten im Wasser gibt es in Industrieabwässern immer Staub oder Feststoffe. Abbildung 7 zeigt, dass der nach der Öl/Wasser-Trennung auf der Membran verbleibende Staub aufgrund der hydrophoben Oberflächen der modifizierten F-60-Membran leicht durch Wassertröpfchen entfernt werden kann.

Digitale Bilder des Selbstreinigungsprozesses

Die Eigenschaften der in der Membran enthaltenen Materialien verleihen der Membran normalerweise einige besondere Funktionen [41,42,43]. Die mit vernetztem Cardanol-Graphenoxid hergestellte Membran enthält neben der Öl/Wasser-Trennfunktion auch eine ausgeprägte antibakterielle Wirkung, die vom Cardanol ausgeht [44]. Hier betragen die spezifischen Oberflächen und der durchschnittliche Porendurchmesser der F-60-Membran 240,4 m ² . g ⁻¹ bzw. 14,5 nm (Zusatzdatei 1:Abbildung S4). Diese poröse Struktur und die hohe spezifische Oberfläche der Membran können eine hohe Adsorptionskapazität aufweisen. Abbildung 7 zeigt, dass nach der Öl/Wasser-Trennung der Farbstoff Methylrot in der Ölphase teilweise an der Membran adsorbiert werden kann. Der Selbstreinigungsprozess kann den adsorbierten Farbstoff nicht reinigen. Unter Ausnutzung der photokatalytischen Eigenschaften von Natriumtitanat [45,46,47] wird erwartet, dass der adsorbierte Farbstoff durch Photokatalyse entfernt wird. Abbildung 8a–d zeigt, dass nach 30 min Bestrahlung mit UV-Licht fast der gesamte adsorbierte Farbstoff entfernt ist. Um die Entfernung von Methylrot auf der Membran aufgrund der Photokatalysereaktion, aber nicht die Zersetzung des Farbstoffs unter UV-Licht-Bestrahlung zu demonstrieren, wurde Methylrot-Lösung ohne Photokatalysator mit UV-Licht bestrahlt. Aus Abb. 8e ist ersichtlich, dass Methylrot ohne Photokatalysator nicht durch UV-Licht abgebaut werden kann, was die photokatalytische Funktion der Natriumtitanatmembran bestätigt.

Optisches Bild der Membran nach Öl/Wasser-Trennung und Selbstreinigung (a ) und die optischen Bilder dieser Membran bestrahlt unter UV-Licht für 10 min (b ), 20 min (c ) und 30 min (d ). e Abbaueffizienz von Methylrot-Lösung ohne Photokatalysator unter Bestrahlung mit UV-Licht. Einschub ist das optische Foto der Methylrotlösung, die zu verschiedenen Zeiten bestrahlt wurde

Die MTMS-modifizierte F-60-Membran hat Lichtdurchlässigkeit [48], daher ist das Na₂ Ti₃ O₇ Nanotube kann UV-Licht absorbieren und erzeugt Elektronen und Löcher. Aber die Erzeugung von Hydroxylradikalen (Zusatzdatei 1:Abbildung S5) und der Abbau organischer Moleküle benötigen das Medium Wasser. Um den Mechanismus des photokatalytischen Abbaus des organischen Moleküls durch eine MTMS-modifizierte F-60-Membran mit superhydrophober Oberfläche zu untersuchen, wurde eine reine MTMS-modifizierte F-60-Membran 30 min mit UV-Licht bestrahlt. Es zeigt sich, dass nach der Bestrahlung mit UV-Licht der Kontaktwinkel der Membran von 150,4° stark auf weniger als 90° abnimmt (Abb. 9a). Dies bedeutet, dass sich die Oberflächeneigenschaft der MTMS-modifizierten F-60-Membran ändert. Das FTIR-Ergebnis bestätigt, dass nach Bestrahlung mit UV-Licht die Si-O-Si-Bindungen in MTMS abnehmen, was darauf hindeutet, dass diese Bindungen durch UV-Licht aufgebrochen werden (Abb. 9b) [49,50,52]. Das gebrochene Si-O-Si hilft beim Kontakt von Wasser und Licht mit Na₂ Ti₃ O₇ Nanoröhre und die Verbesserung der photokatalytischen Leistung. Darüber hinaus wird MTMS unter der kombinierten Einwirkung von UV-Licht und Sauerstoff oxidiert, und in Abb. 9b werden mehr Si-OH-Bindungen beobachtet; die Reaktion ist in Gl. (1):

a Kontaktwinkel der Membran nach UV-Licht-Bestrahlung und b FTIR-Spektren einer reinen Membran

Zerbrochenes Si-O-Si und Oxidation von Si-CH₃ durch UV-Licht ermöglichen die Erzeugung von Hydroxylradikalen und den Abbau organischer Moleküle. Wenn diese Membran nach Bestrahlung mit UV-Licht für sehr kurze Zeit erneut in MTMS-Sol getaucht wurde, kann der Kontaktwinkel der Membran wieder auf 140° ansteigen (Zusatzdatei 1:Abbildung S6). Die Rückgewinnungsmembran kann zur Trennung von nicht mischbarem Öl/Wasser-Gemisch wiederverwendet werden und behält dennoch die Selbstreinigungs- und Photokatalysefunktionen. Derzeit kann die Membran nur dreimal recycelt werden, da die kontinuierliche Zunahme der MTMS-Dicke zu einer dramatischen Abnahme der Porosität der Membran führt (Zusatzdatei 1:Abbildung S7). Studien zur weiteren Verbesserung der Rückgewinnungsrate der Membran laufen noch.

Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die Natriumtitanatmembran die Multifunktion der Öl/Wasser-Trennung, Selbstreinigung und Photokatalyse gleichzeitig bewahrt. Anorganische Materialien verleihen Membranen multifunktional, die für die Behandlung von Industrieabwässern benötigt werden (Tabelle 2).

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir erfolgreich eine multifunktionale freistehende Membran mit Na₂ . hergestellt Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren. Der Durchmesser und die Länge von Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren sind etwa 48 nm bzw. Hunderte von Mikrometern groß. Das verlängerte Na₂ Ti₃ O₇ ultralange Nanoröhren lassen sich leicht flach zu einer Membran auslegen. Der Kontaktwinkel der Membran kann nach Modifizierung durch MTMS bis zu 150,4° erreichen. Die MTMS-modifizierte freistehende Membran weist einen hohen Membranfluss von 849 L m ⁻² . auf h ⁻¹ und Abscheidegrad von 99,7 % für nicht mischbare Öl/Wasser-Gemische, selbst unter stark alkalischen, sauren oder korrosiven Salzbedingungen. Zusätzlich kann der restliche Staub durch die Selbstreinigungsfunktion entfernt werden und adsorbierte Farbstoffe auf der Membran können in 30 min durch die photokatalytische Funktion der Membran abgebaut werden. Die freistehende Natriumtitanat-Membran mit einer Vielzahl von Funktionalitäten der Öl/Wasser-Trennung, Selbstreinigung und Photokatalyse verspricht breite Anwendungen in der Umweltsanierung und Abwasserreinigung.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die in der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Abkürzungen

CA:

Kontaktwinkel

F-30, F-45, F-60 und F-75:

Membranen mit Gewichten von 30 mg, 45 mg, 60 mg bzw. 75 mg

HRTEM:

Hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop

MTMS:

Methyltrimethoxysilan

P25:

TiO₂ Pulver

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

UV:

Ultraviolett

XRD:

Röntgenbeugung