[發明專利]通量可調氧化石墨烯納濾膜的制備方法

有效

• 申請號: 201810621147.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108786464B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 熊蕓;蔡師;劉生鵬;吳曉宇;孫國鋒;彭俊龍
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;劉洋

本發明公開了一種通量可調氧化石墨烯納濾膜的制備方法。將乙二胺加入到氧化石墨烯水溶液中，超聲得分散混合液；通過輔壓真空自組裝的方法鍍到醋酸纖維素基膜表面得到復合膜，用去離子水清洗數次；將所得復合膜浸于均苯三甲酰氯/正庚烷的溶液中，待氧化石墨烯片層上的乙二胺與均苯三甲酰氯充分反應后用正庚烷溶液清洗膜數次，干燥即可得到所需復合納濾膜。制備方法簡單易操作，相較于未改性的醋酸纖維素膜，本方法制備的改性醋酸纖維素復合膜在較低的操作壓力下，具有較高的水通量和截留率，較好的分離性能，優異的抗氯性能。本發明制得的納濾膜，其選擇層氧化石墨烯片層間距可控，通量可調。

技術領域

本發明屬于復合膜材料技術領域，具體涉及一種通量可調氧化石墨烯納濾膜的制備方法。

背景技術

工業化進程的快速發展，給人們生活帶來便利的同時也面臨著因廢水、廢氣等污染導致的環境問題。膜分離技術作為治理環境的有效技術之一，出現于20世紀初。在實際應用中，膜分離技術存在諸多問題，膜污染及分離效率低為其主要限制因素。為進一步發展以及完善膜分離技術，不同的分離膜材料相繼被開發出來。其中，具有優異選擇性和穩定性的石墨烯材料脫穎而出，成為最具潛力的非傳統膜材料。石墨烯是碳原子以六元環形式構筑形成的二維單層晶體，具有優異的機械性能及穩定性。氧化石墨烯具有和石墨烯相似的二維平面結構，其表面分布著大量羥基、羧基和環氧基等極性含氧官能團。這些基團的存在有利于對石墨烯膜進行功能化設計，從而達到改變膜表面電荷、疏水性以及調節層間尺寸的目的。此外，制備石墨烯膜的原材料石墨來源廣泛、價格低廉，為石墨烯基膜大量制備及廣泛應用提供了有利基礎。

近十年來，各種石墨烯膜相繼被開發并用于膜分離領域，目前石墨烯基膜的制備方法主要包括真空抽濾法、噴/旋涂法、層層自組裝法以及共混法。趙傳起等添加氧化石墨烯(GO)到聚偏氟乙烯(PVDF)粉末中通過共混改性制得了PVDF/GO復合微濾膜，其抗污染性能顯著提高，清洗周期是未改性時的4倍，但其阻力增加，這對于實際應用是非常不利的，會增加能耗以及成本。肖東升等采用將異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)對氧化石墨烯(GO)進行改性，通過溶液成型的方法制得了IP-RGO納米復合材料，其抗靜電性能得到顯著的提高，相容性良好，分散性良好，但制備過程復雜。

發明內容

本發明目的在于提供一種氧化石墨烯復合膜的制備方法，該制備方法簡單易操作，在較低操作壓力下有著較高的水通量和優異的截留率，并且能夠實現通量可調。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

通量可調氧化石墨烯納濾膜的制備方法，包括以下步驟：

1)將乙二胺水溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，超聲得分散混合液；

2)將所述混合液通過輔壓真空自組裝的方法鍍到醋酸纖維素基膜表面得到復合膜，用去離子水清洗數次；所述輔壓真空自組裝是將醋酸纖維素基膜置于砂芯漏斗上對所述混合液進行真空過濾操作；

3)將所得復合膜浸于均苯三甲酰氯(TMC)/正庚烷的溶液中，待氧化石墨烯片層上的乙二胺與均苯三甲酰氯充分反應后用正庚烷溶液清洗膜數次，干燥即可得到所需復合納濾膜。

按上述方案，步驟1所述氧化石墨烯水溶液采用改良的Hummers方法制備得到，將制得的氧化石墨烯在500～12000rpm條件下離心分離洗滌3～5次，得到濃度為0.1～20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超聲處理5-10min。

按上述方案，乙二胺在混合液中的摩爾濃度與均苯三甲酰氯/正庚烷溶液的摩爾濃度之比為1：(0.25-5)。

按上述方案，通過控制乙二胺在混合液中的摩爾濃度與均苯三甲酰氯/正庚烷溶液的摩爾濃度之比來實現氧化石墨烯納濾膜的通量可調。

本發明相對于現有技術的有益效果在于：

復合膜的選擇層利用聚酰胺交聯氧化石墨烯片層，通過調節單體配比來控制聚酰胺的鏈長和結構，實現膜的通量可調。