[發明專利]一種負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201910809977.0
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110614041A
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 張國亮;李洋
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/02;C02F1/44
• 代理公司: 33201 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發明涉及一種負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜及其制備方法和用途。所述的制備方法為：將金屬有機骨架顆粒MOFs分散于水中得到濃度為0.5～20mg/mL的金屬有機骨架的水溶液，然后與1～10mg/mL的單寧酸水溶液混合，攪拌反應3～120min，然后離心分離，得到的沉淀物即為刻蝕好的中空MOFs(eMOF)；將氧化石墨烯分散于水中得到濃度為0.02～1g/L的氧化石墨烯水溶液，超聲攪拌均勻，將所述的eMOF加入氧化石墨烯水溶液中得到混合液，抽濾于聚合物底膜上，于烘箱中干燥5～10min，而后在空氣中晾干即得負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜可應用于鹽類或染料的分離。本發明制備方法簡單、易于放大，所得膜在納濾方面性能有較大程度的提高，有巨大的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜及其制備方法和用途，屬于功能性膜制備及分離應用的技術領域。

背景技術

自2004年Geim課題組通過機械剝離的方法得到第一片石墨烯，其優異的力學、電學性能、超高的比表面積、量子霍爾效應等等，使該材料在燃料電池、超級電容器等眾多領域表現出很好的應用前景。石墨烯為碳原子經sp²雜化構成的蜂巢狀結構，只有一個原子層的厚度，是理想的二維材料，而其由于電子云的覆蓋，經檢測單層石墨烯甚至不允許半徑最小的氣體He的通過，在分離領域表現出極大的潛力。氧化石墨烯作為石墨烯性能最為優異的衍生物之一，由于具有良好的親水性、在水中易分散的性質，使得氧化石墨烯可通過抽濾的方式制成膜并進行液體分離，其具有良好的機械穩定性、化學惰性以及二維材料的超薄特性。

氧化石墨烯由于其超高的比表面積以及其片層在邊-邊處的排斥作用和在面-面上的靜電作用，在抽濾過程中可以堆疊形成有秩序的片層進行水處理及離子篩分。然而由于氧化石墨烯片層之間緊密的堆疊方式，即便是納米級的超薄膜，水通量仍然不是很大，在水通量及截留上存在trade-off效應，由此，科學家們在探索提升氧化石墨烯膜的通量方面從未停止，同樣，在抗溶脹、耐污染、膜運行穩定性、大面積制備等方面也同樣存在瓶頸問題亟需突破。

發明內容

本發明的目的是制備負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜，實現高效水處理，應用于納濾方面，主要指鹽類及染料的分離。

本發明的技術方案：

一種負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜，具體按照如下方法進行制備：

(1)將金屬有機骨架顆粒(MOFs)分散于水中得到濃度為0.5～20mg/mL的金屬有機骨架的水溶液；

(2)配置1～10mg/mL的單寧酸水溶液與步驟(1)所得金屬有機骨架的水溶液混合，攪拌反應3～120min，然后離心分離，得到的沉淀物用甲醇和水清洗去除雜質，得到刻蝕好的中空MOFs(eMOF)，保存于水相中待用；所述的金屬有機骨架與單寧酸的質量比為1：1～5；

(3)將氧化石墨烯分散于水中得到濃度為0.02～1g/L的氧化石墨烯水溶液，超聲攪拌均勻，將步驟(2)所得eMOF加入氧化石墨烯水溶液中得到混合液，抽濾于聚合物底膜上，于烘箱中干燥5～10min，而后在空氣中晾干即得負載中空MOF的氧化石墨烯復合膜；所述eMOF與所述的氧化石墨烯的質量比為0.3～8：1。

進一步，所述的氧化石墨烯具體按照如下方法進行制備：將鱗片石墨、硝酸鈉在冰浴下加入98％的濃硫酸中，不斷攪拌緩慢加入高錳酸鉀，冰浴下攪拌1～6h，而后在35℃下恒溫反應0.5～8h，緩慢加入去離子水，98℃恒溫反應20～200min，冷卻后緩慢加入30％過氧化氫，離心后得到產物，稀鹽酸洗滌數次后烘干得到氧化石墨；所述的鱗片石墨、硝酸鈉和高錳酸鉀的質量比為1∶0.25～2.5∶1～5；所述的去離子水的加入量以所述的鱗片石墨的質量計為40～120ml/g。