[發(fā)明專利]一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108043242B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫家書;臧云波;李忠義;張弛;曹廣秀;翟濱
• 申請（專利權(quán)）人: 商丘師范學院
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00;B01D17/022
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;張志軍

本發(fā)明提供一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法，首先采用改進的Hummers法制備氧化石墨，經(jīng)過超聲振蕩分散得到氧化石墨烯在水中的分散液，冷凍干燥得到氧化石墨烯；然后將引發(fā)劑負載到氧化石墨烯表面，接著通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）反應(yīng)分別將其與含有雙鍵的極性單體和非極性單體進行反應(yīng)；最后采用真空抽濾的方法使上述改性之后的氧化石墨烯在抽濾載體表面形成致密的自組裝膜。本發(fā)明通過對氧化石墨烯表面進行改性可以制備出親水、疏水以及雙親性的氧化石墨烯膜。該方法所得到的氧化石墨自組裝膜對液體具有優(yōu)良的選擇透過性，通過對反應(yīng)條件及原料的調(diào)控實現(xiàn)油水層狀混合物、油包水及水包油乳液的高效分離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

水環(huán)境污染和水資源短缺是全球所面臨的兩個重大環(huán)境問題，膜技術(shù)已經(jīng)被證實是解決此問題非常有效的手段之一。大部分膜是采用有機高分子聚合物制備，主 要 有 聚偏 氟 乙 烯 （PVDF）、聚醚砜（PES）、聚砜（PSF）、聚酰胺（PA）、聚丙烯腈（PAN）等。目前膜技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了在水處理領(lǐng)域的工程化應(yīng)用，但是這些膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域面臨著一些難題和挑戰(zhàn)，比如污染物截留率低、膜機械性能差、膜污染嚴重、能耗較高、不能進行乳液分離等。

石墨烯及其衍生物自2004年Geim等人首次報道以來成為研究熱點。其衍生物氧化石墨烯（GO）是由單層碳原子以sp² 和sp³ 雜化形式存在的蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)，同時碳原子與大量含氧官能團相連。大量含氧官能團使得堆疊的氧化石墨烯的層間距從石墨烯膜的0.335nm擴大到約0.8nm，并形成很多無規(guī)則褶皺和缺陷結(jié)構(gòu)，同時能為氧化石墨烯進一步化學改性提供充足的活性位點。傳統(tǒng)的膜是通過孔徑篩分機理或溶解擴散機理來選擇性的阻滯某些物質(zhì)的通過，從而實現(xiàn)溶劑的凈化，而 GO 膜則主要依靠納米級層間距進行選擇性分離。因此可通過調(diào)節(jié)GO膜的層間距實現(xiàn)不同物質(zhì)的分離。如Kim等人用層疊的氧化石墨烯膜進行加壓氣體分離（Science，2013，342，91-95）。Chen等人提出并實現(xiàn)了用水合離子自身精確控制石墨烯膜的層間距，展示了其出色的離子篩分和海水淡化性能（Nature，2017，550, 380-383）。氧化石墨烯膜本身具有親水性，限制了其在油包水乳液分離方面的應(yīng)用，但其自身的親水性能又不足以實現(xiàn)水包油乳液的分離。因此，通過化學法來對氧化石墨烯進行改性，賦予氧化石墨烯表面可調(diào)的浸潤性能，對氧化石墨烯膜的層間距進行可控調(diào)節(jié)，增加氧化石墨烯膜的致密性、機械性能以及穩(wěn)定性。對氧化石墨烯膜的研究尤其在乳液分離方面的應(yīng)用和連續(xù)運作都具有重要影響。

因此，開發(fā)出一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法及油水分離應(yīng)用對提升氧化石墨烯膜制備的實用性具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種表面浸潤性能可調(diào)的氧化石墨烯膜的制備方法，步驟如下：

（1）氧化石墨烯的制備；

（2）改性氧化石墨烯的制備：氧化石墨烯溶解在叔丁醇中，加入引發(fā)劑，將引發(fā)劑負載到氧化石墨烯表面，然后加入含有雙鍵的極性單體和/或非極性單體，通過ATRP反應(yīng)引發(fā)含有雙鍵的極性單體和/或非極性單體在氧化石墨烯表面的聚合，過濾、洗滌得到改性氧化石墨烯；

（3）氧化石墨烯膜的制備：將步驟（2）制得的改性氧化石墨烯溶解在溶劑中得到改性氧化石墨烯溶液，真空抽濾，干燥后制得改性氧化石墨烯膜。

所述步驟（1）中，經(jīng)過超聲振蕩分散得到氧化石墨烯在水中的分散液，冷凍干燥得到氧化石墨烯，其中采用改進的Hummers法制備氧化石墨烯時高錳酸鉀與天然鱗片石墨的質(zhì)量比為1.0～5.0:1，得到表面極性基團可控的氧化石墨烯。