[發(fā)明專利]氧化石墨烯改性超親水超疏油油水分離膜及制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310548775.8
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103623709A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂偉萍;袁騰;陳卓;周顯宏;王鋒;胡劍青
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D67/00;C02F1/40;C02F1/44
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型功能性環(huán)保涂料，特別是涉及氧化石墨烯改性的具有空氣中超雙親及水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法和應用，屬于有機無機雜化納米功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜分離是一種高效、節(jié)能的濃縮分離技術(shù)，其基本原理是利用選擇性透過膜，在能量或者化學位差的推動下，對多組分物質(zhì)進行分離、提純、濃縮或者富集等。膜分離技術(shù)已經(jīng)成功應用在多種工業(yè)場合，尤其是在含油廢水處理行業(yè)，其潛力更是巨大的。其中超親水超疏油涂膜具有空氣中超親水，水中超親水超疏油性質(zhì)，當含油廢水接觸膜表面時，在水的刺激下膜表面發(fā)生重組裝由超疏水變?yōu)槌H水，從而水可以僅在重力和毛細力作用下源源不斷的往下滲透，而表面始終保持超疏油性，油一直留在表面從而達到油水分離的效果，且由于膜的潛在憎油性，油始終無法污染膜表面，是一種真正的抗污染、無能耗、長壽命、高效率的分離膜。但是對于這種親水性極好的膜材料，由于在制備過程中大量使用了親水性聚合物，在膜分離過程中，膜長期浸泡在水中，不可避免會使親水聚合物發(fā)生溶脹，從而導致膜通量衰減甚至堵孔，目前，膜污染、膜溶脹和膜通量衰減是油水分離膜面臨的三大難題。其中解決膜污染主要依靠提高膜的親水性和疏油性；而對于膜溶脹，目前普遍采用戊二醛、二異氰酸酯等小分子交聯(lián)劑交聯(lián)以提高其分子量進而提高力學性能，前面兩個問題的解決自然解決了膜通量的問題。但是小分子有機交聯(lián)劑對力學性能的提高能力有限，目前采用無機交聯(lián)劑的還未見報道。

公開號為CN103316507A和CN103357276A的中國發(fā)明專利申請公開了兩種制備具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)的方法，雖然這種網(wǎng)具有很好的油水分離效果，但是這種膜的制備過程中沒有加入無機交聯(lián)劑，其溶脹性和力學性能均有待提高。公開號為CN102716676A的中國專利申請公開了以殼聚糖制備具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)的方法，但是不涉及有機無機雜化。并且這些現(xiàn)有技術(shù)所用到的成膜物質(zhì)都是完全水溶的聚合物，導致網(wǎng)膜的耐水性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于制備一種氧化石墨烯改性的具有優(yōu)異耐溶脹性和機械性能的在空氣中及水下超親水同時在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法。

本發(fā)明另一目的是提供氧化石墨烯改性超親水超疏油油水分離膜在含油污水的油水分離中的應用。

本發(fā)明的具有超親水及水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜是以100～300目的織物絲網(wǎng)作為基材，采用浸涂、噴涂或旋涂的方法在上面包覆有微米厚度的氧化石墨烯改性的摻雜有無機納米粒子的親水聚合物包覆層，同時在包覆層上具有納米尺度的突起，從而得到一種超親水及水下超疏油的油水分離網(wǎng)膜。

本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜具有特殊的納米與微米的復合結(jié)構(gòu)，微米尺度的網(wǎng)孔，微米厚度的有機‐無機摻雜包覆層和包覆層上納米尺寸的突起結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜在空氣對水和油的接觸角為0°，在水下卻具有超疏油性質(zhì)。

本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

氧化石墨烯改性超親水超疏油油水分離膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用Hummers法制備氧化石墨烯：以質(zhì)量份數(shù)計，將230～500份強酸置于冰水浴中，攪拌下加入10～25份原生石墨粉與5～10份硝酸鈉，攪拌25～30min；加入30～60份氧化劑，反應1～1.5h；移至30～35℃水浴中攪拌，加入460～500份去離子水稀釋，溫度升至90～95℃；攪拌15～20min后，補加去離子水500～750份，加入25～50份質(zhì)量濃度為25～30%的H₂O₂溶液，待到反應液的顏色為金黃色；用去離子水洗滌，加入3～5份質(zhì)量濃度為35～36.5%的HCl溶液；用去離子水反復洗滌，直至pH=6.5～7.5為止，最后將洗好的氧化石墨懸浮液抽濾，得到干燥的氧化石墨烯；所述強酸為濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸、濃磷酸、濃高氯酸中的一種或多種；所述氧化劑為高錳酸鉀、氯酸鉀和重鉻酸鉀中的一種或多種；

(2)采用Sol‐Gel法制備納米硅溶膠：以四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或四乙氧基鈦為原料，以醇類和水按質(zhì)量比1：5～5：1配制成共溶劑，將原料與共溶劑按質(zhì)量比1：1～1：5混合于20～80℃恒溫水浴、攪拌，5～10min后，滴加催化劑，保溫4～5h，即得到納米溶膠；所述醇類為乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇和異丁醇中的一種或多種；所述催化劑為鹽酸、硝酸、硼酸、硫酸、氨水、碳酸氫鈉或氫氧化鈉；