[發明專利]一種利用摻氮氧化石墨烯/TiO2復合顆粒增強抗污染性的超濾膜的制備方法

在審

• 申請號: 201611179911.0
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106621833A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 許航;丁明梅;陳衛;李洋;王康
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/68
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 王玉,董建林

技術領域

本發明涉及一種超濾膜的制備方法，尤其是涉及一種利用摻氮氧化石墨烯/ TiO₂復合顆粒增強抗污染性的超濾膜的制備方法。

背景技術

超濾是一種膜分離過程，是在外界壓力作用下截留水中膠體、大顆粒和分子量相對較高的物質，而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。由于超濾技術具有常溫操作、過程無變相、能耗低、分離效率高等優點，目前再飲用水凈化、石油化工、生物制藥、視頻、冶金等行業得到了廣泛應用。

聚砜膜具有強耐氧化性，而且具有價廉易得、良好機械強度、抗壓密性及化學穩定性、耐熱性及寬的pH 值使用范圍等優點，但它的憎水性也是人所皆知的，其危害主要表現在疏水溶質易在膜表面產生吸附和沉積，造成膜污染，降低膜的性能和縮短膜的使用壽命。因此，對聚砜膜進行親水性改性，提高其抗污染能力十分必要。

目前，對超濾膜進行親水性改性的方法主要有表面改性、共混改性和化學改性等。相對于其他兩種改性方法，共混改性具有操作相對容易，改性效果好，經濟實惠等優點。有機-無機共混操作簡單，性能優異，加入親水性無機納米顆粒能增加膜表面親水性，減少膜的污染，同時提高膜的機械性能，是近年來的研究熱點。

TiO₂顆粒由于超強親水性、極強的光催化性且無毒等功能，制備含有納米TiO₂的有機-無機雜化膜材料以實現兩者的優勢互補已引起研究者的廣泛關注。但TiO₂具有易團聚性的缺點，影響了它在膜材料領域的廣泛應用。摻氮氧化石墨烯，作為石墨烯的衍生物，具有良好的導電性、親水性、熱穩定性和機械強度等性質，其作為TiO₂的載體可以極大的提高二氧化鈦的分散性和親水性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種利用摻氮氧化石墨烯/ TiO₂復合顆粒增強抗污染性的超濾膜的制備方法。本發明采用相轉化法制備具有高親水性和抗污染性的聚砜超濾膜，所制聚砜超濾膜的水接觸角明顯降低，從88°左右降低至61°左右，提高了膜的抗污染能力。

為解決上述技術問題，本發明提供一種利用摻氮氧化石墨烯/ TiO₂復合顆粒增強抗污染性的超濾膜的制備方法，其特征是，包括以下步驟：

（1）氮氧化石墨烯/ TiO₂復合顆粒的制備

稱取氧化石墨烯置于燒杯中，用蒸餾水溶解，超聲震蕩1h，使氧化石墨烯分散均勻；稱取尿素溶解到氧化石墨烯溶液中，攪拌均勻；將配制好的溶液放入反應釜中加熱，得到黑色溶液；將黑色溶液加入蒸餾水反復洗滌并冷凍干燥后得到摻氮氧化石墨烯顆粒；將摻氮氧化石墨烯和TiO₂顆粒置于燒杯中溶解，超聲震蕩30min后，放入反應釜中加熱，得到灰色溶液；將灰色溶液加入蒸餾水反復洗滌并冷凍干燥后得到摻氮氧化石墨烯/TiO₂復合顆粒；

（2）摻氮氧化石墨烯/ TiO₂復合顆粒中加入有機溶劑，分散處理均勻后，加入膜材料、膜添加劑，混合均勻后得到鑄膜液；

（3）將鑄膜液靜止脫泡后，傾倒在干凈平整的平板表面，用刮膜機平穩迅速刮過后，放入凝膠相中，得到超濾膜。所述凝膠相采用水、水和溶劑混合液、水和無水乙醇混合液、空氣中的一種，其中，溶劑混合液為N-甲基吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、N-N-二甲基乙酰胺中的一種所組成的混合液；在刮膜之后到放入凝膠相這個過程所經過的時間稱之為干程，干程的長短會嚴重影響所制備的膜表面的孔徑分布，故優選所述干程為0～2min。

進一步地，上述步驟（1）中，所述氧化石墨烯與尿素的質量比為1：4。

進一步地，上述步驟（1）中，在所述應釜中加熱條件為180℃下加熱24小時。

進一步地，上述步驟（1）中，所述摻氮氧化石墨烯和TiO₂顆粒的質量比為7：3。

進一步地，所述TiO₂顆粒由溶膠凝膠法制備，具體操作方法如下：

A溶液：將鈦酸四丁酯和無水乙醇按體積比1:4在燒杯中混合均勻；

B溶液：將無水乙醇、純水、冰醋酸按體積比5：2：1配制混合溶液，并用稀鹽酸調節PH=2，將B溶液逐滴滴加到A溶液中，并持續攪拌30min，攪拌過后，將混合溶液靜止3h成凝膠狀；