[發(fā)明專(zhuān)利]一種添加氨基化石墨烯量子點(diǎn)的正滲透膜制備方法、所制備的正滲透膜以及該膜的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710576365.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107349787B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇保衛(wèi);趙錕;李樹(shù)軒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)海洋大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D61/00
• 分類(lèi)號(hào): B01D61/00;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/42;B01D71/60;C02F1/44;C02F103/08
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本發(fā)明公開(kāi)了一種添加氨基化石墨烯量子點(diǎn)的正滲透膜制備方法、所制備的正滲透膜以及該膜的應(yīng)用。所述的一種添加氨基化石墨烯量子點(diǎn)的正滲透膜的制備方法包括水相單體溶液的制備步驟、有機(jī)相溶液的制備步驟以及界面聚合反應(yīng)步驟。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，所制備的正滲透膜具有較好的膜性能，即擁有較高的水通量和較低的反向鹽通量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種添加氨基化石墨烯量子點(diǎn)的正滲透膜制備方法、所制備的正滲透膜以及該膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著世界人口數(shù)量的迅速增長(zhǎng)和礦物燃料的急劇消耗，水資源和能源已成為地球上兩種至關(guān)重要的資源。水資源匱乏和能源危機(jī)困擾著全球許多不同的地區(qū)和國(guó)家。由于地球上海水資源極為豐富，海水淡化已成為解決水資源危機(jī)的戰(zhàn)略選擇。通過(guò)膜分離技術(shù)處理海水或者污水受到各界越來(lái)越多的關(guān)注和重視。

膜技術(shù)是近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的高效分離技術(shù)，因其節(jié)能、高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單方便、無(wú)二次污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，在水處理中已被廣泛地用于苦咸水淡化、海水淡化、工業(yè)給水處理、純水及超純水制備、廢水處理、污水回用等。作為一種低能耗、低污染的綠色技術(shù)，新型的膜分離技術(shù)，正滲透（Forward osmosis，F(xiàn)O）在供水和產(chǎn)能方面擁有著巨大的潛能，甚至在食品加工行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)也有很好的應(yīng)用前景，正逐漸成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。但是，由于正滲透膜兩側(cè)存在滲透壓差，正滲透膜與反滲透膜一樣也存在內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致水通量較低的問(wèn)題。

通常，為了降低正滲透過(guò)程中的濃差極化現(xiàn)象，一般采用界面聚合的方法以得到較薄的正滲透膜。界面聚合是利用兩種反應(yīng)活性很高的單體在兩個(gè)互不相溶的溶劑界面處發(fā)生聚合反應(yīng)，形成致密復(fù)合層。但是，常規(guī)的界面聚合法制備的膜仍然存在嚴(yán)重的濃差極化問(wèn)題。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01510731120.3 提出了一種添加石墨烯量子點(diǎn)的正滲透膜制備方法, 水相單體溶液的制備步驟、有機(jī)相溶液的制備步驟以及界面聚合反應(yīng)步驟。其石墨烯量子點(diǎn)納米顆粒的制備與提純方法包括兩步，第一步是將一定量的無(wú)水檸檬酸加熱至150～300℃后將所得溶液滴入堿溶液中，再用酸溶液調(diào)節(jié)pH至7；第二步是將第一步所得溶液利用超濾膜過(guò)濾除雜后，再利用納濾膜除雜后并濃縮得納濾截留液即為石墨烯量子點(diǎn)溶液。所制備的正滲透膜較好地解決了內(nèi)濃差極化的問(wèn)題，具有較低的反向鹽通量。

近年來(lái)，日本豐田中央研究所Hiroyuki Tetsuka等人制備了一類(lèi)氨基功能化的石墨烯量子點(diǎn)。通過(guò)化學(xué)法，利用石墨烯量子點(diǎn)上的含氧官能團(tuán)可對(duì)其進(jìn)行特異性功能化。此外，河南大學(xué)王云晶等人通過(guò)酸氧化法將氧化石墨烯進(jìn)一步“切割”制備石墨烯量子點(diǎn)，在100℃水熱條件下，用氨水處理石墨烯量子點(diǎn)制備得到氨基功能化石墨烯量子點(diǎn)。傅里葉變換紅外光譜證明NH₃可以有效地進(jìn)攻環(huán)氧基碳和羧基碳，形成羥胺和酰胺基。

本專(zhuān)利中，為了降低濃差極化現(xiàn)象，研制出了一種高通量且性能優(yōu)異的正滲透膜，采用在界面聚合中引入無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，并利用其物理及化學(xué)交聯(lián)作用，制備出新型的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。如，利用納米TiO₂、介孔SiO₂，MOFs（MetalOrganic Frameworks）等作為納米顆粒。但是，通過(guò)添加上述材料的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜在膜通量、濃差極化等方面仍然存在顯著的缺陷，因此研究一種新的正滲透膜的制備方法仍然是膜分離技術(shù)領(lǐng)域的重要難題。