[發明專利]復合碳材料膜、復合碳材料納濾膜及制備方法

有效

• 申請號: 202011145894.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112619419B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 潘登;謝子奇;張云寶;張浩軒
• 申請（專利權）人: 深圳前海石墨烯產業有限公司
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D67/00;B01D71/02
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 林青中

本發明公開了一種復合碳材料膜、復合碳材料納濾膜及制備方法。該復合碳材料膜的制備方法包括如下步驟：將氧化石墨烯和羧基化碳納米管于分散劑中混合均勻，制備氧化石墨烯?碳納米管混合液；將氧化石墨烯?碳納米管混合液刮涂于基材上，并去除所述氧化石墨烯?碳納米管混合液中的分散劑，制備復合碳材料膜前驅體；在還原性氣體氛圍中，采用紫外光照射以還原復合碳材料膜前驅體中的氧化石墨烯。羧基化碳納米管能夠增加氧化石墨烯片層之間的層間距，提高膜的水通量；并且，采用未經還原的氧化石墨烯和羧基化碳納米管，能夠經刮涂在基膜上形成均勻涂覆的一層表面分離層，有助于實現大規模生產制備。

技術領域

本發明涉及膜技術領域，特別是涉及一種復合碳材料膜、復合碳材料納濾膜及制備方法。

背景技術

納濾膜(Nanofiltration Membranes)是上世紀80年代末期出現的一種分離膜，納濾膜表面通常具有1nm左右的孔隙，截留的分子量約為200-2000，能夠截留許多小分子有機物及部分溶解性鹽，截留能力介于反滲透膜和超濾膜之間。盡管納濾膜的截留能力較反滲透膜差，但是納濾膜的水通量更高，成本也更低，能夠在很多應用場合代替反滲透膜。

在傳統技術中，納濾膜大多是復合膜，包括基膜和設置于基膜上的表面分離層。該表面分離層通常由帶有可電離基團的長鏈高分子構成，對無機鹽具有一定的截留率。石墨烯具有獨特的單層結構，這使得其具有極薄的厚度以及極大的表面積厚度比，因此非常適于作為阻隔材料，在制備表面分離層方面極具應用前景。

然而以石墨烯及其衍生物制備的納濾膜通常存在水通量小的缺點。并且，受限于石墨烯的本征性質，傳統技術中通常采用真空抽濾以及旋涂的方法將表面分離層形成于基膜表面，但是這兩種方式過程較為復雜、效率較低，因此不適用于工業大規模生產。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠提高碳材料膜水通量、且適于大規模生產的復合碳材料膜的制備方法及由該制備方法制備所得的復合碳材料膜；進一步，包括上述復合碳材料膜的復合碳材料納濾膜及其制備方法。

一種復合碳材料膜的制備方法，其包括如下步驟：

將氧化石墨烯和羧基化碳納米管于分散劑中混合均勻，制備氧化石墨烯-碳納米管混合液；

將所述氧化石墨烯-碳納米管混合液刮涂于基材上，并去除所述氧化石墨烯-碳納米管混合液中的分散劑，制備復合碳材料膜前驅體；

在還原性氣體氛圍中，采用紫外光照射以還原所述復合碳材料膜前驅體中的氧化石墨烯。

在其中一個實施例中，在所述氧化石墨烯-碳納米管混合液中，所述氧化石墨烯與所述羧基化碳納米管的質量比為8:(1～5)。

在其中一個實施例中，在所述石墨烯-碳納米管混合液中，在所述氧化石墨烯-碳納米管混合液中，所述氧化石墨烯的質量濃度為0.1mg/L～1mg/L。

在其中一個實施例中，在所述氧化石墨烯-碳納米管混合液中，所述分散劑選自水、乙醇、丙醇和丁醇中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述氧化石墨烯的制備方法包括如下步驟：

將過硫酸鉀和五氧化二磷溶解于濃硫酸中，并加入石墨原材料，加熱至70℃～100℃反應至形成均勻的懸濁分散系，分離所述懸濁分散系中的固體組分；

于-20℃～10℃之間將所述固體組分分散于濃硫酸中，同時加入高錳酸鉀，攪拌均勻后反應1h～3h，升溫至30℃～40℃之間反應1h～3h，再加入過氧化氫溶液后靜置并分離其中的固體組分。

在其中一個實施例中，所述紫外光的波長為250nm～350nm。