[發明專利]一種氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜

有效

• 申請號: 202011619865.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112755815B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張國亮;尹敏
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D61/00;B01D69/10;B01D67/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟

本發明提供一種氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜及其制備方法和應用，本發明氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜的制備方法簡單、易操作，產品穩定；聚多巴胺涂覆的底膜可以提高膜表面的親水性，防止顆粒團聚，增大膜的水通量，制備出的層狀、片狀結構黑滑石納米片厚度在10?15nm左右，在復合納濾膜中起到“骨架”作用，可以對膜的分離層進行結構調節；制備出的氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜在脫鹽處理中提高膜通量的同時，截留率得到了很好的保持；本發明的復合膜僅在0.3MPa的驅動壓力下就可以達到較高通量，耗能更低，在實際應用中可進一步節約成本。

技術領域

本發明屬于水處理膜分離技術領域，具體涉及一種用于去除鹽離子的氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜及其制備方法。

背景技術

隨著科技進步和人類發展進程的推進，現有水源存在著不可避免的短缺和污染問題。因此，人們開始對新型水處理技術投入更多關注，其中，膜分離技術因分離效率高、處理效果好、操作方便等優點受到廣泛應用。納濾作為一種重要的膜分離技術手段，由于納濾膜本體上就帶有一定數量的電荷，可以對無機離子進行選擇性分離，并且在較低操作壓力下仍能具有較高的脫鹽率，在保證脫鹽效果的基礎上大大降低了能耗，提高了經濟效益。因此，相較于其它膜分離技術，納濾特別適合于脫鹽處理。但是由于膜分離層和化學支撐層材料組成的不同，對于膜的滲透通量、截留性能、親水性能、穩定性能等都會造成非常顯著的影響。

氧化石墨烯(GO)，是石墨烯的一種衍生物，具有豐富的含氧官能團，包括羧基、羥基和環氧基等，提供了大量的功能性反應位點和親水性；它比表面積大、層間距離可調控、吸附能力強等特點使其在水處理方面具有巨大的應用潛力。但是由于純氧化石墨烯納濾膜對鹽離子的分離效率低，穩定性較差。為提高分離效率，以氧化石墨烯為中間層，在其表面進行界面聚合形成的聚酰胺層作為分離層，會顯著降低膜的通量，限制了其應用。

發明內容

為了克服現有技術中對鹽離子的分離效率低、穩定性較差、膜通量低等缺陷，本發明提供一種氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜及其制備方法和應用，其中，源于江西省上饒市廣豐區的黑滑石原礦，經預處理、破碎、球磨等操作后，得到細度為1-2μm的黑滑石微粉，將其制備成黑滑石納米片，在復合納濾膜中起到“骨架”作用，可以對膜的中間層進行結構調節，從而能夠有效提高膜通量并保持對鹽離子的截留性能，并且制備過程簡單。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜，所述氧化石墨烯/黑滑石復合納濾膜按如下方法制備：

(1)黑滑石納米片制備：將細度處理為1-2μm的黑滑石微粉(江西上饒廣豐區)轉移到聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，將密封高壓釜放在50-200℃下保持1-12小時(優選180℃下保持2h)，冷卻至室溫后，從高壓釜中收集固體產物并分散于去離子水中，50-300W(優選100W)超聲處理12-24h后，將所得樣品離心(5000轉/分鐘，20分鐘)，取沉淀水洗后烘干，得到黑滑石納米片；取所述黑滑石納米片加入到去離子水中，超聲分散得到0.01-1g/L(優選0.4g/L)黑滑石納米片分散液；

(2)將氧化石墨烯(按Hummers法制備)加入到去離子水中，超聲(功率為100W)分散得到氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的濃度為0.1-1g/L，優選1g/L；

(3)聚多巴胺涂覆的高分子多孔支撐層底膜制備：配制pH＝10.0的Tris-HCl緩沖液，加入多巴胺，超聲(功率為100W)溶解得到0.5-3g/L(優選2g/L)多巴胺溶液，將高分子多孔支撐層底膜浸泡在所述多巴胺溶液中，80-150rpm/min(優選110rpm/min)震蕩反應12-48h(優選24h)，去離子水清洗，即得所述聚多巴胺涂覆的高分子多孔支撐層底膜；所述高分子多孔支撐層底膜的材料為聚砜、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺或聚丙烯(優選聚砜)；