[發(fā)明專利]一種層層共價(jià)交聯(lián)制備氧化石墨烯膜的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010131042.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN113318597A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙欣;李晗;祁華標(biāo);田一梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D61/02
• 分類號(hào): B01D61/02;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02;B01D71/42;C02F1/44
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開了一種層層共價(jià)交聯(lián)制備氧化石墨烯膜的方法，采用層層組裝法將聚丙烯腈基膜與氧化石墨烯通過乙二胺交聯(lián)劑結(jié)合，控制交聯(lián)層數(shù)，再進(jìn)行干燥處理得共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯膜。本發(fā)明制備的共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯膜穩(wěn)定性好，機(jī)械性能強(qiáng)。使用本發(fā)明共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯膜用于水處理可得到較好的污染物截留效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜材料技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，具體涉及一種共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯納濾膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

我國水資源嚴(yán)重短缺，水污染防治(飲用水凈化、污廢水處理、再生水利用等)是解決和改善水資源短缺問題的重要途徑。膜分離技術(shù)是水污染防治中的一項(xiàng)重要技術(shù)手段。膜材料是膜分離技術(shù)的核心。相較于目前已使用的納濾膜材料，氧化石墨烯膜具有水通量高、抗污染性能強(qiáng)、耐氯性強(qiáng)和易于化學(xué)修飾等優(yōu)點(diǎn)。早期的氧化石墨烯膜基本上為非共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯膜,這種膜主要依靠相鄰兩層氧化石墨烯之間較弱的范德華力及氫鍵來維持結(jié)構(gòu)。當(dāng)氧化石墨烯膜置于水溶液中時(shí)，氧化石墨烯極易發(fā)生水合作用，導(dǎo)致層間相互作用力減弱，從而使膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。引入層間共價(jià)交聯(lián)物是增強(qiáng)氧化石墨烯膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。與基于真空抽濾的共價(jià)交聯(lián)制備法相比，層層組裝法的優(yōu)勢(shì)在于可更精確地控制膜厚度，支撐層與氧化石墨烯層連接緊固，氧化石墨烯共價(jià)交聯(lián)程度高，共價(jià)交聯(lián)度垂直分布均勻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種層層共價(jià)交聯(lián)制備氧化石墨烯膜的方法，利用氧化石墨烯和乙二胺交聯(lián)膜的制備方法，將乙二胺、氧化石墨烯和聚丙烯腈膜通過層層組裝法制備得到復(fù)合膜，改進(jìn)現(xiàn)有制備方法的缺點(diǎn)，簡化制備方法，以及改善氧化石墨烯膜的性能。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種層層共價(jià)交聯(lián)制備氧化石墨烯膜的方法，按照下述步驟進(jìn)行：利用堿對(duì)聚丙烯腈膜進(jìn)行活化，以使聚丙烯腈膜表面產(chǎn)生活潑基團(tuán)，然后以聚丙烯腈膜為支撐層，依次在對(duì)稱二胺物質(zhì)溶液和氧化石墨烯分散液中進(jìn)行浸沒，將對(duì)稱二胺物質(zhì)作為交聯(lián)劑，對(duì)稱二胺物質(zhì)分子一側(cè)與聚丙烯腈膜鍵接，另一側(cè)與氧化石墨烯鍵接，形成第一層氧化石墨烯膜，依次在對(duì)稱二胺物質(zhì)溶液和氧化石墨烯分散液中進(jìn)行重復(fù)浸沒，即可實(shí)現(xiàn)將對(duì)稱二胺物質(zhì)作為交聯(lián)劑，對(duì)稱二胺物質(zhì)分子的兩側(cè)分別與氧化石墨烯鍵接，以形成層層共價(jià)交聯(lián)的氧化石墨烯膜。

而且，堿為氫氧化鈉或者氫氧化鉀的水溶液，濃度為1—2mol/L。

而且，聚丙烯腈數(shù)均分子量在40000～200000之間，PAN膜厚度在200～400μm之間，采用相轉(zhuǎn)換法制備。

而且，利用堿對(duì)聚丙烯腈膜進(jìn)行活化時(shí)，選擇將聚丙烯腈膜浸泡在堿中，50—60攝氏度下進(jìn)行反應(yīng)，時(shí)間為1—2小時(shí)，以使聚丙烯腈的腈基發(fā)生水解，如得到羧基，以便與對(duì)稱二胺物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。

而且，氧化石墨烯片徑為0.5～5μm，厚度為0.8～1.2nm，并帶有與對(duì)稱二胺物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的官能團(tuán)，如羧基。

而且，在氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯濃度為0.005—0.05g/L。

而且，在氧化石墨烯分散液中，進(jìn)行浸沒的溫度為室溫20—25攝氏度，時(shí)間為10—30min。

而且，對(duì)稱二胺物質(zhì)為分子兩端對(duì)稱設(shè)置有氨基，如乙二胺、丙二胺、丁二胺。

而且，在對(duì)稱二胺物質(zhì)溶液中，溶劑為水，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1—5％。

而且，在對(duì)稱二胺物質(zhì)溶液中，進(jìn)行浸沒的溫度為室溫20—25攝氏度，時(shí)間為10—30min。

而且，在利用堿對(duì)聚丙烯腈膜進(jìn)行活化后，以及每次浸沒處理之后，都采用超純水進(jìn)行反復(fù)沖洗，以去除未反應(yīng)的物質(zhì)。

而且，制備的氧化石墨烯膜放入干燥箱在40—50℃下干燥12～48h，取出置于陰涼干燥處保存。