[发明专利]一种聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备方法。

背景技术

水资源短缺与污染已经成为当今世界日益凸显的重要课题。由于在水处理过程中不需要额外投加药剂，具有设备占地面积小，无二次污染，容易实现自动化操控等优点，膜技术已经成为水处理领域的最有前景的处理技术之一。传统的聚合物膜由于普遍存在疏水性较强、在水厂的长期运行中容易吸附蛋白质，尤其是微生物及胞外聚合物污染，使膜通量下降，使用寿命降低，增加了运行和维护的成本，限制了其在膜水处理技术方面的进一步应用。已经无法满足大规模工业化应用的要求。因此，改善聚合物膜的亲水性，提高聚合物膜的抗吸附污染能力成为当前分离膜研究的热点。

发明内容

本发明的目的是为了要解决现有的聚合物膜材料亲水性差、易污染，特别容易被微生物以及胞外聚合物污染，从而导致难以大规模应用的问题，提供了一种聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备方法。

本发明一种聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备方法，是通过以下步骤实现的：

一、按质量份数取0.01～30份石墨烯纳米材料、5～40份聚合物、30～90份有机溶剂、1～50份有机添加剂、0.1～30份无机添加剂；

二、将步骤一称取的石墨烯纳米材料加入到有机溶剂中超声分散，其中超声分散的功率为50w～1000w，超声分散时间0.1h～10h，得到石墨烯纳米材料悬浮液；

三、将步骤一称取的聚合物、有机添加剂和无机添加剂加入到步骤二得到的石墨烯纳米材料悬浮液中，密封后，加热至20℃～90℃并搅拌2h～48h，然后静止脱泡1h～96h，得到铸膜液；

四、将步骤三制备的铸膜液采用中空纤维膜或平板膜纺丝机在凝固浴介质中制膜，得到凝固膜，然后将凝固膜浸泡在去离子水中3～4d，得到聚合物/石墨烯纳米复合膜，即完成聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备。

本发明实现了石墨烯纳米材料在聚合物中的纳米化分散、由于纳米石墨烯表面改性后亲水性得到较大的提高，当纳米石墨烯均匀的分散在聚合物膜以后，制备出的纳米复合膜亲水性良好，不可逆污染水平显著降低，有效地提高了聚合物膜的抗污染能力，水通量提高至120Lm^-2h^-1、截留率为95.4%，从而延长了清洗周期，可实现大规模应用。

附图说明

图1为试验1中试验组制备的聚合物/石墨烯纳米复合膜表面接触角；

图2为试验1中对照组的聚偏氟乙烯超滤膜表面接触角；

图3为试验1中不同石墨烯纳米材料添加量对水通量的影响图；

图4为试验1中不同石墨烯纳米材料添加量对截留率的影响图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备方法，是通过以下步骤实现的：

一、按质量份数取0.01～30份石墨烯纳米材料、5～40份聚合物、30～90份有机溶剂、1～50份有机添加剂、0.1～30份无机添加剂；

二、将步骤一称取的石墨烯纳米材料加入到有机溶剂中超声分散，其中超声分散的功率为50w～1000w，超声分散时间0.1h～10h，得到石墨烯纳米材料悬浮液；

三、将步骤一称取的聚合物、有机添加剂和无机添加剂加入到步骤二得到的石墨烯纳米材料悬浮液中，密封后，加热至20℃～90℃并搅拌2h～48h，然后静止脱泡1h～96h，得到铸膜液；

四、将步骤三制备的铸膜液采用中空纤维膜或平板膜纺丝机在凝固浴介质中制膜，得到凝固膜，然后将凝固膜浸泡在去离子水中3～4d，得到聚合物/石墨烯纳米复合膜，即完成聚合物/石墨烯纳米复合膜的制备。

本实施方式中的“/”代表“和”，表示聚合物和石墨烯纳米材料复合在一起。

本实施方式制备的聚合物/石墨烯纳米复合膜的形式为平板膜、管式膜或中空纤维膜；孔径大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜或反渗透膜。

本实施方式实现了石墨烯纳米材料在聚合物中的纳米化分散、由于纳米石墨烯表面改性后亲水性得到较大的提高，当纳米石墨烯均匀的分散在聚合物膜以后，制备出的纳米复合膜亲水性良好，不可逆污染水平显著降低，有效地提高了聚合物膜的抗污染能力，水通量提高至120Lm^-2h^-1、截留率为95.4%，从而延长了清洗周期，可实现大规模应用。