[发明专利]一种环糊精修饰的石墨烯滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种用环糊精修饰的石墨烯滤膜及其制备方法。

背景技术

膜是一种具有分子级分离过滤作用的介质，膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。微滤（MF）又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。环糊精(cyclodextrin，CD)是由6，7或8个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1，4-糖苷键连接而成的腔内疏水、腔外亲水的环状低聚糖，分别为α-、β-和γ-环糊精。环糊精的空腔内具有很高的电子密度，使空腔内部成为疏水性空腔。因此，CDs具有外亲水、内疏水的特殊性质。其疏水空腔内可嵌入许多化合物，如环境污染物分子，生物毒性分子等，形成包合物。例如，在含有污染物的水体中加入环糊精，则水体中有毒物质可比较容易地进入其空腔而暂时被包结起来，有效地降低了其在水中的含量。

石墨烯是一种新型的碳材料，其具有极高的比表面积，因此能够吸附一些分子。为进一步提高石墨烯对分子的吸附和分子识别能力，对其表面进行改性和修饰至关重要。利用石墨烯的合成前驱体氧化石墨烯表面丰富的基团与环糊精固有亲水基团的超分子作用可以实现对石墨烯表面的环糊精化修饰。

发明专利CN102183557A(申请号201110029930.6)公开了先根据哈默或Hummers法将普通石墨氧化为氧化石墨，再用氧化石墨配制成重量百分比浓度为0.05％的氧化石墨分散水溶液后超声、离心，得到均匀分散的氧化石墨分散水溶液；在氧化石墨分散水溶液中加入重量百分比浓度为3％的环糊精溶液，在50℃下搅拌12小时，冷却至室温，得到环糊精保护的氧化石墨分散水溶液；再向环糊精保护的氧化石墨水溶液加入过量的重量百分比浓度为80％的水合肼溶液，将环糊精保护的氧化石墨充分还原后，再加入过量的氨水，以除去过量的氧化剂；将得到的溶液用0.22μm的尼龙膜过滤后得到环糊精功能化石墨烯。该制备方法繁琐，制备时间周期长，所制备的环糊精修饰的石墨烯只能作为电极表面材料，无法实现器具化成膜，无法应用到环境污染污治理中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备方法简单、制备时间周期短，结构稳定、吸附性能优秀的石墨烯滤膜及其制备方法。

本发明方法改进优化环糊精修饰的石墨烯的制备方法，制备时间约缩短70%，可以将环糊精分子有效的修饰在石墨烯表面，得到极其稳定的环糊精修饰的石墨烯，并通过混合纤维素酯微孔滤膜简单真空抽滤，使环糊精修饰的石墨烯与纤维素酯微孔滤膜牢固的结合，器具化形成厚度为0.2mm左右用于环境污染治理的滤膜，利用该滤膜可以对水体中的染料环境污染物分子具有很好的吸附和去除能力，例如对罗丹明6分子的最大吸附量可以达到223.2mg/g，最大去除率可达到97.6%，这种滤膜对于环境污染污治理具有很实际的应用价值。

一种环糊精修饰的石墨烯滤膜及其制备方法，其特征是滤膜表面附着一层环糊精修饰的石墨烯，具体步骤如下：

（1）将用Hummers法制备的浓度为0.4-0.6mg/mL的氧化石墨烯溶液16-24mL、浓度为3.2-4.8mg/mL的环糊精溶液16-24mL以及240-360μL的氨水混合后，再加入16-24μL的水合肼，充分混合；

（2）将步骤（1）所得混合溶液置于50-70℃的恒温水浴中3-4小时，得到黑色均匀分散的水溶液；

（3）将步骤（2）所得黑色溶液用混合纤维素酯微孔滤膜过滤，晾干，即得环糊精修饰的氧化石墨烯滤膜。

本发明的创新点在于，常温、常压下利用一锅法制备，制备时间约缩短70%，得到极其稳定的环糊精修饰的石墨烯，并通过混合纤维素酯微孔滤膜过滤，使环糊精修饰的石墨烯与纤维素酯微孔滤膜牢固的结合，器具化成为用于环境污染治理的滤膜，利用环糊精的主客体保结作用和石墨烯的高吸附能力，可以方便、快捷地对水中的染料分子实现大量的吸附和有效的去除。

根据本发明，优选的，步骤（1）所述的氧化石墨烯为已纯化的氧化石墨烯；

步骤1所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5mg/mL；所述的氧化石墨烯溶液用量为18-22mL，优选20mL；

步骤1所述的环糊精为纯度96%的β-环糊精；

步骤1所述的环糊精溶液的浓度为4mg/mL；所述的环糊精溶液用量为18-22mL，优选20mL；