[发明专利]一种氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子有机膜及其制备方法，尤其是涉及一种氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜及其制备方法。

背景技术

离子膜电解法是在离子交换树脂的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子的选择透过特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。

离子交换膜是膜电解的主要部件之一，它是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。离子交换膜主要用于海水淡化、有机物及无机物的纯化等领域。目前离子交换膜普遍存在问题：机械强度低，尺寸稳定性差，化学稳定性差，不耐酸碱，抗污染能力差等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好的表面性能、亲水性、机械强度、耐酸碱性及抗污染能力的氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜，该离子交换膜由以下组分及重量百分比含量的原料制成：

聚偏氟乙烯(PVDF)5-20；

氧化石墨烯0.1-5；

有机溶剂50-70；

二乙烯苯10-20；

甲基丙烯酸缩水甘油酯6-20；

过氧化苯甲酰0.5-5。

作为优选，该离子交换膜由以下组分及重量百分比含量的原料制成：

聚偏氟乙烯5；

氧化石墨烯0.3；

有机溶剂70；

二乙烯苯13；

甲基丙烯酸缩水甘油酯10；

过氧化苯甲酰1.7。

所述的聚偏氟乙烯的分子量为400000～600000道尔顿。

所述的氧化石墨烯为片状。

所述的有机溶剂选自N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺或二甲亚砜中的一种。

一种氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量百分比含量备料：聚偏氟乙烯5-20、氧化石墨烯0.1-5、有机溶剂50-70、二乙烯苯10-20、甲基丙烯酸缩水甘油酯6-20、过氧化苯甲酰0.5-5；

(2)将氧化石墨烯溶于50wt％的有机溶剂中，并超声分散；

(3)将聚偏氟乙烯溶于剩下的有机溶剂中，并超声分散；

(4)将步骤(2)与步骤(1)所得溶液混合，并加入二乙烯苯、甲基丙烯酸缩水甘油酯及过氧化苯甲酰，再超声分散，并静置脱泡，得到铸膜液；

(5)将步骤(4)所得的铸膜液在玻璃板上流延成膜；

(6)将在玻璃板上流延所得的膜干燥并将膜从玻璃板上脱落，并风干，制得基膜；

(7)基膜的清洗：将基膜依次通过不同浓度的浓硫酸及去离子水清洗；

(8)基膜的改性：将步骤(7)处理后的基膜放入NaOH溶液中浸渍，后用去离子水清洗，即得氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜。

步骤(6)中，制得基膜的具体步骤为：将在玻璃板上流延所得的膜自然风干20～24h，然后在70～90℃的条件下干燥1～2h，再放入100～120℃的条件下反应1～2h，室温冷却后，放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落，然后将膜自然风干，即得基膜。

步骤(7)所述的基膜的清洗的具体步骤为：在室温下将基膜放入质量浓度为98％的浓硫酸中浸渍2～4d，然后依次用质量浓度为94％、65％和40％的浓硫酸清洗，再用去离子水漂洗。

步骤(8)所述的基膜的改性的具体步骤为：将步骤(7)处理后的基膜放入浓度为1mol/L的NaOH溶液中浸渍22-26h后用去离子水清洗。

本发明制得的氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜不仅保留了聚偏氟乙烯阳离子交换膜的原有的优良特性，还改善了聚偏氟乙烯阳离子交换膜表面性能，增强了膜的亲水性、机械强度及耐酸碱性，提高了膜的抗污染能力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、成膜工艺简单、成熟、易用于工业生产；

2、由于膜的亲水性与膜表面所含亲水基团密切相关，本发明中的甲基丙烯酸缩水甘油酯为亲水性聚合物，甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入有利于膜的亲水性的提高，另外加入的氧化石墨烯表面含有大量亲水性基团，因此也会进一步提高膜的亲水性，因此，本发明的氧化石墨烯/PVDF共混阳离子交换膜的亲水性比之聚偏氟乙烯阳离子交换膜有了显著提高；