[發明專利]一種復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 202210307220.3
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114618324B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 胡學兵;張懷濤;楊博深
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷大學
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D69/02;B01D67/00;B01D69/12;C02F1/44
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

本發明公開了一種復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法及其產品，制備方法以3?氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液改性多孔陶瓷支撐體表面，以脒基硫脲和氨基硫脲改性氧化石墨烯分散液；然后采用制膜工藝，制備多孔陶瓷支撐體擔載的復合交聯氧化石墨烯膜產品。本發明制備工藝簡便、成本低廉，所制得的復合交聯氧化石墨烯膜具有優良的抗溶脹性，同時膜層與多孔陶瓷支撐體表面結合強度高、穩定性強，并具有優異的滲透性能，有效解決了現有技術氧化石墨烯膜滲透通量低和穩定性差的問題，有利于推動膜技術的應用和發展。

技術領域

本發明涉及膜材料技術領域，尤其涉及一種氧化石墨烯膜的制備方法及其產品。

背景技術

近年來，氧化石墨烯作為一種新型高性能膜材料，因其具有親水性優、層間距可調、易改性修飾、耐侵蝕等諸多優勢而備受關注，已在固液分離、液體分離和氣體分離等諸多領域展現出巨大的應用前景。就氧化石墨烯膜而言，由于氧化石墨烯片層具有的羧基和羥基在水中易電離而使層間荷負電，進而導致片層間產生較強的靜電排斥作用，從而誘發膜層溶脹剝落，最終導致膜功能完全喪失而無法使用，而該現象業已成為當前氧化石墨烯膜技術中亟待解決的關鍵問題。

現階段，為了有效解決氧化石墨烯膜在水中溶脹剝落的穩定性問題，通常基于靜電力作用原理，將氧化石墨烯進行部分還原，通過降低表面含氧官能團數量降低片層間靜電斥力，或者借助金屬陽離子的摻雜混合，削弱膜層間靜電斥力的同時借助于“金屬陽離子-π鍵”作用來提高膜層間結合穩定性。雖然借助靜電力作用能在一定程度上緩解膜層溶脹效應，但同時也會導致氧化石墨烯表面官能團的缺失和膜層間距的降低，終將對膜分離性能產生較強的負面影響。因此，結合膜在水處理過程中，長時間運行穩定性的實際迫切需求，研究開發一種與無機支撐體表面結合強度高、成本低、抗溶脹、穩定性優的新型復合交聯氧化石墨烯膜產品，具有十分重要的實踐意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種工藝簡便、成本低廉、性能優異的復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法，以獲得與多孔陶瓷支撐體結合強度高、抗溶脹、滲透性能優異的復合交聯氧化石墨烯膜。本發明的另一目的在于提供利用上述復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法制得的產品。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的一種復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將多孔陶瓷支撐體表面在3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中浸涂后，采用去離子水清洗多孔陶瓷支撐體表面，然后進行熱處理，得到表面改性的多孔陶瓷支撐體；

(2)取濃度為0.2～0.5mg/mL的氧化石墨烯分散液；以脒基硫脲、氨基硫脲和去離子水組成的混合溶液為改性溶液，其中，按照質量比脒基硫脲∶氨基硫脲＝3～6∶1，改性溶液中脒基硫脲和氨基硫脲混合物的濃度為0.5～1.5mg/mL；按照體積比改性溶液∶氧化石墨烯分散液＝1∶5～25進行混合并攪拌均勻后，得到改性氧化石墨烯涂膜液；

(3)采用制膜工藝將所述改性氧化石墨烯涂膜液涂敷在表面改性的多孔陶瓷支撐體的表面，經過熱處理，即得到復合交聯氧化石墨烯膜。

進一步地，本發明所述步驟(1)中3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液的濃度為5～15mg/mL，浸涂時間為3～5秒，熱處理溫度為40～60℃，熱處理時間為1～2小時。所述步驟(3)中熱處理溫度為60～80℃，熱處理時間為1～3小時。

上述方案中，本發明所述多孔陶瓷支撐體的材質為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、高嶺土、堇青石或莫來石。所述步驟(3)中制膜工藝為真空抽濾法、噴涂法或旋涂法。

利用上述復合交聯氧化石墨烯膜的制備方法制得的產品，所述復合交聯氧化石墨烯膜的純水滲透通量為130～160L·m^-2·h^-1·bar^-1，且該膜在水中浸泡180天或連續運行48小時后，均未發現任何剝離脫落現象。