[发明专利]一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤是一种重要的膜分离技术，已广泛应用到诸如饮用水制备，食品工业，制药工业，生物技术，化学过程以及环境工程等众多领域。超滤膜分离技术中，核心是超滤膜的制备。超滤膜一般由有机高分子材料制得，常用的有纤维素及纤维素的衍生物、聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰胺（PA）和聚丙烯腈（PAN）。其中聚偏氟乙烯（PVDF）是制备超滤分离膜的典型高分子材料，具有耐热耐辐射性能，其耐化学腐蚀性十分优异，且机械性能也很高。然而由于PVDF极低的表面能使其膜材料的润湿性能很差，导致在用PVDF超滤膜处理含有有机物质（蛋白质）的离子溶液时很容易导致膜污染，阻碍了PVDF在超滤领域的应用。

发明内容

本发明是要解决现有的聚偏氟乙烯超滤膜亲水性差，抗污性差的问题，而提供氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法。

本发明中氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、在温度为20~24℃条件下，按质量比为（81~85）∶1的比例分别称取N-甲基吡咯烷酮和氧化石墨烯加入到三口瓶中，在240~260W条件下超声1.8~2.2h，再按氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯的质量比为1∶1∶（14~18）的比例分别称取聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯加入到三口瓶中，将三口瓶置于温度为42~48℃的水浴槽中，保持转数为400~600rpm持续搅拌11~13h后，得到铸膜液；

二、将步骤一制备的铸膜液放在清洁的玻璃板上，涂膜器设定的涂膜厚度为140~160μm，用涂膜器刮膜5~10min后，将涂好膜的玻璃板浸入蒸馏水中35~45s后，得到脱落下来的复合超滤膜，再将此复合超滤膜浸入蒸馏水中12h，每4h换一次蒸馏水，捞出晾干后得到氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜。

本发明的机理：向聚合物-良性溶剂体系的溶液中加入非溶剂时，聚合物将凝胶固化，以固体形式沉析出来。其工艺过程一般是将事先配置好的高分子溶液涂覆在合适的支撑体上（如玻璃板），经过一段时间蒸发后，将其同时浸没到高分子非溶剂的凝固浴中，此时便会发生溶剂和非溶剂的相互交换。经过一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液液相分离或液固相分离，成为两相：聚合物富相和聚合物贫相。其中，富相和贫相分别形成膜的主体支撑部分和膜的孔结构。为满足不同的应用需求，通常可以在高分子溶液中加入添加剂、非溶剂来改变铸膜液的配方，从而改变所制膜的结构和性能。

氧化石墨烯是新一代聚合物纳米复合材料的纳米填料。它的特点是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连有丰富的羰基、羟基、羧基等含氧官能团，由于这些官能团的存在，其亲水性优良。基于上述原因，我们将亲水性优良的氧化石墨烯与聚偏氟乙烯通过浸没-沉淀相转变法制备氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜。

发明的有益效果如下：

1、氧化石墨烯是新一代聚合物纳米复合材料的纳米填料。它的特点是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连有丰富的羰基、羟基、羧基等含氧官能团，由于这些官能团的存在，其亲水性优良，因此氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜与聚偏氟乙烯超滤膜相比亲水性好，抗污性强。

2、本发明中的制备方法生产规模灵活可调，生产成本低。

3、经本发明制备的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜，其水通量为348.56L/(m²·h)，牛血清白蛋白（BSA）截留率为84.37%，水通量衰减系数为56.52%。

附图说明

图1为聚偏氟乙烯超滤膜的AFM图。

图2为实验一步骤五中制备的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的AFM图。

图3为聚偏氟乙烯的复合超滤膜的SEM照片。

图4为实验一步骤五中制备的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的SEM照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法按以下步骤进行：