[發明專利]一種類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811071728.8
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109433023B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 張國亮;徐顏軍;徐澤海;孟琴
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D71/06;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/02;B01D61/08
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發明公開了一種類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜及其制備方法與應用，所述的類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜的制備方法為：將氧化石墨烯制備成氧化石墨烯分散液；將類石墨氮化碳制備成均勻分散的氮化碳分散液；在上述氧化石墨烯水分散液中加入抗壞血酸并不斷攪拌得到部分還原的氧化石墨烯分散液；將氮化碳分散液和部分還原的氧化石墨烯分散液混合，超聲得到混合均勻的鑄膜液；將上述混合均勻的鑄膜液采用真空抽濾的方式在多巴胺預處理后的有機濾膜上抽濾成膜，并干燥得到氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜且能實現較高的水通量并對鹽離子具有較高的截留。本發明制備過程簡單，條件溫和，可以用于工業脫鹽。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜的制備方法，應用于鹽離子的脫除。

背景技術

飲用水以及灌溉用水不斷增長的需求，是本世紀最重大的挑戰之一。海水脫鹽是解決這一困擾的有效辦法，膜分離技術中對于海水脫鹽的研究也越來越成為熱點，其中納濾是介于超濾和反滲透之間的一種壓力驅動型膜分離過程。膜表面帶有電荷，在篩分效應和電荷效應的共同作用下，具有一定的脫鹽能力。納濾技術具有低能耗、低投資、低維護成本、易操作、可靠性高和高通量的特點，已在化工、環保、食品、醫藥、海洋、冶金等多個領域廣泛應用，主要集中在飲用水生產和廢水處理這兩個領域。納濾技術可以處理地下水，地表水，也可以用于脫鹽工業的預處理。納濾過程的引入也被認為是脫鹽工業中的一大技術突破。

決定膜性能的關鍵因素是膜材料的制備以及膜的微觀結構，聚合物納濾膜有著可觀的分離性能，而且由于易于制造，相對成本較低而被廣泛應用，但是目前傳統的聚合物膜也存在一些不可忽視的缺點，比如化學和熱性能差，易污染及物理老化等。新型納米材料在膜分離方面的應用包括改變膜材料結構及優化膜性能方面潛力巨大。氧化石墨烯(GO)諸多天然特性使其成為一種非常有潛力的分離膜起始材料，純氧化石墨烯膜的完整性僅僅是靠納米片含氧官能團之間的氫鍵作用來維持，所以純的GO膜具有低的結構和物理化學穩定性。對氧化石墨烯作適度部分還原改性可提高氧化石墨烯膜在水中穩定性，但通常還原后的氧化石墨烯納濾膜具有較低的滲透通量。在氧化石墨烯層間插入不同尺寸的物質可以達到不同的分離目的，同時可以提高滲透通量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜及其制備方法，采用本發明的制備方法制備的納濾膜能夠有效提高水的滲透性能并保持對鹽離子優異的截留性能，并且制備過程簡單，可以廣泛用于脫鹽領域。

一種類石墨氮化碳插層的氧化石墨烯納濾膜具體按照如下方法進行制備：

(1)將有機濾膜浸漬于多巴胺Tris緩沖溶液中，在25-30℃下緩慢震蕩聚合12-30h，使得多巴胺在膜表面自聚合形成聚多巴胺(PDA)層的有機濾膜；所述的多巴胺Tris緩沖溶液的濃度為0.5-4g/L，pH為8.0～8.5；

(2)將氧化石墨烯加入到去離子水中，超聲分散得到均勻的氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的濃度為0.02-0.5g/L；

(3)將類石墨氮化碳加入到去離子水中，超聲分散得到均勻的類石墨氮化碳分散液；所述類石墨氮化碳分散液的濃度為0.01-1g/L；

(4)將濃度為0.1-2g/L的抗壞血酸溶液加入到步驟(2)所得的氧化石墨烯分散液中，在攪拌的條件下還原反應0.5-8h，然后超聲0.5-2h得到部分還原的氧化石墨烯分散液中；所述抗壞血酸溶液與所述氧化石墨烯分散液的體積比為1-5:1；

(5)將步驟(3)所得類石墨氮化碳分散液加入到步驟(4)所得部分還原的氧化石墨烯分散液中，攪拌1-10h，超聲0.2-2h使其混合均勻得到混合液；所得的類石墨氮化碳分散液的加入量以所述類石墨氮化碳的質量來計，所述部分還原的氧化石墨烯分散液的加入量以所述氧化石墨烯的質量來計；所述氧化石墨烯和所述類石墨氮化碳的質量比為2-10:1；