[發明專利]基于多巴胺仿生修飾的氧化石墨烯膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710038093.0
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106823825A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 劉燕;秦長春;劉占超;仇健;彭建波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/02;B01D69/02
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技術領域

本發明屬于膜材料制備領域，提供了一種基于多巴胺仿生修飾的氧化石墨烯膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著社會經濟的發展，來源于工業化生產的含油廢水日益成為嚴重的環境問題。含油廢水污染對生態系統可能造成毀滅性的破壞，對人體健康也造成潛在的危害。油類物質在廢水中通常以三種狀態存在:(1)浮上油，粒徑大于100 μm，在石油污水中，這種油的含量高達60~80%；(2)分散油，油滴粒徑介于10-100 μm，懸浮于水中；(3)乳化油，油滴粒徑小于10 μm，呈乳化狀態。對于第三種油水混合乳液，特別是表面活性劑穩定的油水乳液，因其具有油滴粒徑小，分子之間作用復雜，不存在兩相界面的特點，因此難以用一般方法對其進行有效分離。

石墨烯作為一種新興的二維層狀結構納米碳材料，具有特殊的納米孔道，在膜的應用方面得到越來越多的重視。近年來石墨烯膜在氣體分離、海水淡化、污水處理等領域都獲得了廣泛的研究和應用。專利申請公布號為CN105251373A的專利成功地在多種微孔濾膜基底上制備了還原氧化石墨烯膜，能夠有效地分離表面活性劑穩定的油水乳液。但該專利在制備膜的過程中采用多巴胺將親水的氧化石墨烯還原，在一定程度上減少了膜的親水和疏油能力，另外還原氧化石墨烯與基底微孔濾膜之間弱的黏附力會導致石墨烯膜的機械強度和穩定性能不足。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術存在的上述問題，提供了一種基于多巴胺仿生修飾的氧化石墨烯膜及其制備方法和應用

本發明首先提供一種基于多巴胺仿生修飾的氧化石墨烯膜，所述膜由片層狀的氧化石墨烯均勻地堆疊在多巴胺修飾的基膜上，形成了具有納米通道的氧化石墨烯膜。

本發明還提供所述膜的制備方法，其具體步驟如下：

（1）制備多巴胺修飾的混和纖維素酯膜：

首先將一張混和纖維素酯膜用去離子水浸泡除去表面雜質，然后置于含鹽酸多巴胺的Tris-HCl緩沖溶液中；振蕩反應一定時間，用去離子水清洗除去黏附不牢固的多巴胺，得到多巴胺修飾的混和纖維素酯膜。

（2）制備基于多巴胺修飾的氧化石墨烯膜：

將步驟（1）中制備的多巴胺修飾的混和纖維素酯膜固定在抽濾裝置上，在過濾杯中加入一定量的氧化石墨烯水溶液，然后真空抽濾成膜，干燥，即可得到基于多巴胺修飾的氧化石墨烯膜。

上述制備方法步驟（1）中，所述混和纖維素酯膜（上海興亞凈化材料廠）為微孔濾膜，所述濾膜孔徑具體為0.22或0.45 μm，濾膜直徑不限，所述鹽酸多巴胺的質量為20-80 mg。

所述緩沖溶液為Tris-HCl溶液，所述緩沖溶液濃度具體為50 mmol/L，pH為8.5，反應所需體積量為20-80 mL。

所述反應在全溫振蕩培養箱中進行，反應溫度為25℃，反應時間為12-24 h，轉速為40-70 rpm。

上述制備方法步驟（1）中，最后制得的多巴胺修飾的混和纖維素酯膜需要用去離子水清洗。

所述氧化石墨烯溶液的濃度為1 mg/L，具體體積為30-60 mL。

所述真空抽濾壓力具體為0-0.09 MPa，但不包括0。

所述干燥的溫度為25-40℃，具體可為25℃。

所述基于多巴胺修飾的氧化石墨烯膜具有自支撐性質。

所制備的基于多巴胺仿生修飾的氧化石墨烯膜用于廢水中油類物質的分離，具體可以用于表面活性劑穩定的油水乳液分離。

具體操作為：將制備的基于多巴胺修飾的氧化石墨烯膜固定在抽濾裝置上，在過濾杯中加入表面活性劑穩定的油水乳液，然后真空過濾，收集濾液。

所述乳液為表面活性劑穩定的水包油型乳液，乳液粒徑小于1 μm，可選表面活性劑為吐溫20、吐溫80、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基磺酸鈉，油為石油醚、礦物油、正己烷或氯仿。

所述乳液通過如下方法制備：將表面活性劑、油和水按照比例0.3-1.3 g：4 mL：120 mL混合，并置于超聲攪拌2-4 h而得到。

本發明利用基于多巴胺修飾的氧化石墨烯膜對乳液進行分離時，水能通過該膜而油被阻擋在膜外面，能夠有效地實現油水分離。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)采用生物貽貝仿生的方法，使多巴胺通過自聚合黏附修飾混和纖維素酯膜，導致混和纖維素酯膜的孔隙減少和孔徑減小，有效增加了混和纖維素酯膜的截留率。該方法制備過程簡單，適合大規模生產和應用。