[发明专利]一种石墨烯基膜的制备方法及其在油水分离中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基膜的制备方法及其在油水分离中的应用，属于功能材料技术、膜分离技术和环境保护技术领域。

背景技术

原油开采，海洋石油泄漏，工业、生活含油污水等对环境和生态平衡带来极大的危害，使油水分离技术备受人们关注。目前，膜分离技术是对含油污水处理的有效方法，以有机微滤膜和有机超滤膜为主。但由于其化学稳定性、热稳定性较差，甚至会出现溶胀、溶解的现象，所以这类膜的使用受到很大的限制。

申请号为201310407309的专利申请公开了一种磁性的石墨烯基吸油泡沫复合材料的制备方法，该方法以改进的Hummers法来剥离石墨得到氧化石墨；将氧化石墨超声分散后得到氧化石墨烯水溶液，在该溶液中加入碳纳米管，并经抽滤成膜；通过水热还原法得到石墨烯基泡沫材料；以石墨烯基泡沫为载体，通过化学方法在其表面负载氧化铁制备磁性石墨烯基泡沫复合材料。采用本发明所述方法获得的磁性石墨烯基泡沫复合材料对油类以及有机溶剂具有很好的吸附性能，同时结构稳定并可采用磁分离方法实现对材料的重复使用，为石墨烯基泡沫材料在油水分离领域的应用奠定了基础。

申请号为201110066634的专利申请涉及一种氧化石墨烯薄膜的快速制备方法，是以鳞片石墨粉为原料，以平面玻璃为成膜载体，以硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、双氧水为制备过程材料，去离子水为制备溶剂，以氮气为保护气体，先在四口烧瓶内制备氧化石墨烯溶液，用硝酸溶液将氧化石墨烯絮凝，然后在平面玻璃上成膜，经真空干燥得到氧化石墨烯薄膜，薄膜厚度为１－２μｍ，强度好、韧性大，抗断裂强度好，此方法工艺流程短，速度快，操作容易，可实现规模化生产。

上述现有技术的制备方法的工艺流程均较为复杂，成本高，加入的助剂多，并且上述制备方法不能进行连续的油水分离操作，其油水分离性能没有全面的考察。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，以经济、简单的方法制备一种石墨烯基油水分离膜，其由氧化石墨烯与交联剂形成凝胶，干燥，在10~200千帕压强下压实后还原得到。

在本发明的优选实施方案中，所述石墨烯基油水分离膜的制备方法包括如下步骤：

（1）氧化石墨烯水凝胶的制备：取10mL浓度为1~100mg/mL的氧化石墨烯溶液，加入0.5mmol~0.1mol的交联剂在60~150℃反应4~8h，得到氧化石墨烯水凝胶；

（2）氧化石墨烯干凝胶的制备：将步骤（1）得到的氧化石墨烯水凝胶干燥处理，得到氧化石墨烯干凝胶；

（3）压膜：将步骤（2）所得的氧化石墨烯干凝胶在10~200千帕压强下压实，维持5~50min；

（4）石墨烯膜制备：将步骤（3）所得的压实后的氧化石墨烯膜还原，得到石墨烯膜。

在本发明的优选实施方案中，所述交联剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、N-羟乙基乙二胺、聚乙烯亚胺、乙二硫醇、丙二硫醇、1,6-己二硫醇或2,3-二氨基丙酸。

在本发明的优选实施方案中，所述的还原方法为以下两种中的任意一种：

（1）压实后的干凝胶在水合肼或氢碘酸、维生素C、硼氢化钠、氯化铁中的一种或多种还原剂作用下，在0~100℃下还原1~120min；或，

（2）压实后的干凝胶，在惰性气体保护作用下，100~800w微波还原5~300s。

本发明还保护该石墨烯基膜在油水分离中的应用。其中，油水包括油相和水相。

在本发明的优选实施方案中，油相为石油、菜油、汽油、柴油、石油醚、环己烷、正庚烷、正辛烷、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿中的一种或多种组分的混合；其中，油相占油相和水相混合体积的10~99.9%。

在本发明的优选实施方案中，水相为水，或盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化铁、硫酸铜中的一种或多种溶质的水溶液，其中水溶液中总溶质的质量分数为0.1~90%。

在本发明的优选实施方案中，油水混合物中含有斯盘80、斯盘60、斯盘20、吐温80、吐温60、吐温20、十二烷基苯磺酸钠、S-170中的一种或多种表面活性剂。

该石墨烯基油水分离膜的制备方法简单、易行、成本低廉、可大批量工业化生产，且该膜质轻稳定，可高效循环使用。该石墨烯基油水分离膜材料可以在多种环境下高效、低能耗、超高速地分离油水混合物得到其中的油分，含水量低于200ppm，最小水浓度可达到10ppm，根据不同油相略有差异。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明