[發明專利]石墨烯PVDF復合導電超濾膜及制備和污染物去除方法

有效

• 申請號: 201810610122.0
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108905646B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張耀中;王濤;鄭興
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;B01D61/14;C02F1/44
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 蔣姝泓

本發明公開了一種石墨烯PVDF復合導電超濾膜及其制備方法，在銅箔表面采用激光造孔技術刻蝕若干凹凸坑點，然后在銅箔表面生長若干層石墨烯薄層，形成具有缺陷的石墨烯薄層；將二甲基乙酰胺、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混合均勻得到鑄膜液；將鑄膜液均勻涂覆在銅箔的石墨烯薄層上，再整體放入水中進行相轉化成膜，然后將成膜的銅箔放在硝酸溶液，待銅箔被硝酸溶解，即得到石墨烯PVDF復合導電超濾膜。該膜包括PVDF支撐薄層，PVDF支撐薄層表面附著有石墨烯薄層，石墨烯薄層上具有缺陷，缺陷為孔，孔內部具有親水官能團。本發明超濾膜導電性良好，被污染物附著時利用電化學方式進行清洗，清洗效率高。

技術領域

本發明屬于石墨烯超濾膜技術領域，具體涉及一種石墨烯PVDF復合導電超濾膜，還涉及該超濾膜的制備方法，還涉及該超濾膜表面污染物的去除方法。

背景技術

超濾膜作為水的深度處理中常用的一種方法，已經廣泛的運用到水處理行業，但由于膜表面吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞而形成的膜污染一直制約著膜技術的發展，而常規的化學清洗對膜表面的損傷較大而且清洗的效果十分的有限。石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源和生物醫學等方面具有重要的應用前景。石墨烯具有良好的電導率，僅單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm²/(V·s)左右。但由于石墨烯完整結構導致的不滲透性，以及納米尺度片層結構帶來的操作困難等問題，在水處理過程中的應用還很少見。PVDF(聚偏氟乙烯)是一種良好的耐酸、耐腐蝕、耐氧化的膜材料，因此PVDF膜材料也廣泛的應用到凈水過程中，但是膜在使用過程中，自身不可避免地受到微粒、膠團及某些溶質分子的污染，導致膜過水通量減小、能耗增高及使用壽命縮短，對膜造成污染，導致通量不可恢復，形成不可逆膜污染。因此清除膜污染是膜法水處理中必不可少的過程，常用采用的清除方式為物理沖洗和化學清洗，但清洗效率有限，因此如何提高膜污染的清洗效率是非常值得關注的問題。

在不影響水處理膜本身的過濾性能的條件下，為了提高膜本身的清洗效率，目前主要采用以下幾種手段：第一是在鑄膜液中加入親水改性劑(如氧化石墨烯等)，主要的機理是提高膜表面的親水性能，在過濾過程中能有效的提高物理和化學的清洗效率，但引入的某些親水官能團能與污染物上的特征基團形成牢固的價鍵結構造成更嚴重的不可逆膜污染。該方法雖然技術很成熟，操作簡單，但是所制備的膜污染清洗效果一般。第二是鑄膜液中加入碳納米管、納米銀、銀離子等，來提高膜表面的電負性，由于電荷相斥的作用來抵抗膜污染，但是由此制備石墨烯膜的導電性較差，對膜污染的控制和污染物的清洗效果有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯PVDF復合導電超濾膜，該膜具有更好的抗污性能。

本發明的另一目的是提供上述石墨烯PVDF復合導電超濾膜的制備方法。

本發明的再一個目的是提供上述石墨烯PVDF復合導電超濾膜表面污染物的去除方法，解決現有石墨烯超濾膜污染物清洗效率低的問題。

本發明所采用的一個技術方案是，一種石墨烯PVDF復合導電超濾膜，包括PVDF支撐薄層，所述PVDF支撐薄層表面附著有石墨烯薄層，石墨烯薄層上具有人為制造的分布均勻的缺陷，缺陷為孔，內部具有親水官能團。

本發明的另一個技術方案是，上述石墨烯PVDF復合導電超濾膜的制備方法，包括以下步驟：

制備具有石墨烯薄層的銅箔：在銅箔表面采用激光造孔技術刻蝕若干凹凸坑點，坑點個數可根據石墨烯薄層面積人為設定，然后在銅箔表面生長若干層石墨烯薄層，形成具有缺陷的石墨烯薄層；

制備鑄膜液：將二甲基乙酰胺、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混合均勻得到鑄膜液；

將所述鑄膜液均勻涂覆在所述銅箔的石墨烯薄層上，再整體放入水中進行相轉化成膜，去除成膜的銅箔上多余的鑄膜液，然后將成膜的銅箔放在硝酸溶液，待銅箔被硝酸溶解，即得到所述石墨烯PVDF復合導電超濾膜。