[发明专利]一种高通量的石墨烯/碳纳米管复合纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤膜是一种截留分子量在200-1000Da之间的压力驱动的分离膜。纳滤技术具有低能耗、低投资、低维护成本、易操作、可靠性高和高通量的特点，它在很多场合可以取代反渗透，因此纳滤膜及纳滤技术已经在食品化工行业、医药行业、污水处理，脱盐工业等领域得到了广泛的应用。

现有的纳滤膜多为复合结构薄膜，即在多孔支撑层上形成一层具有选择分离作用的聚合物皮层。而皮层大部分是用界面聚合的方法得到。这种纳滤膜制备方法过程中需要两种反应活性很高的单体在有机相与水相发生反应，因此其生产过程会产生一定的环境污染且所得到的纳滤膜往往具有抗污抗氯性能差等缺点。

利用石墨烯非常大的宽厚比和氧化石墨烯在水中良好的分散性可以通过简单的真空抽滤法在多孔支撑层上得到石墨烯薄膜。石墨烯的发现者Geim课题组首次报道了这种石墨烯薄膜在分离领域具有非常诱人的应用前景后，石墨烯薄膜在分离膜领域的应用引起了全球广泛的关注。Adv. Funct. Mater.2013, 23, 3693–3700报道的石墨烯纳滤膜能够对有机染料有着>99%以上的截留率且对Na₂SO₂溶液也具有60%的截留率，这得益于石墨烯层间精确的层间纳米孔道以及氧化石墨烯表面丰富的负电荷。但是由于受限于渗透性与选择性的制约关系，现有报道的石墨烯纳滤膜的水通量都较低。

发明内容

本发明的目的是针对石墨烯纳滤膜水通量较低尤其是在高盐和高操作压力下水通量较低等问题，提供一种高通量，尤其是在高操作压力和高盐浓度下仍能保持较高通量的石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高通量石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜，所述纳滤膜是在多孔支撑膜上通过真空抽滤法沉积一层选择分离层得到，所述选择分离层由部分还原的氧化石墨烯与羧化碳纳米管组装而成。

一种石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）将羧化的碳纳米管分散于去离子水中，再将部分还原的氧化石墨烯加入上述碳纳米管分散液中，超声分散后得到混合分散液，所述羧化碳纳米管的浓度为0.08-0.8mg/L，部分还原的氧化石墨烯的浓度为0.15-1.5mg/L；

（2）然后将步骤1配置的混合分散液倒入到垫有多孔支撑膜的抽滤瓶，抽滤0.1～10小时，得到复合纳滤膜；

（3）将步骤2制备的复合纳滤膜在40-100℃条件下真空干燥，即得到高通量石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜。

进一步地，步骤（1）中所述的氧化石墨烯通过以下步骤得到：

（1.1）用hummer法制备得到氧化石墨烯溶液；

（1.2）将步骤1.1制备得到的氧化石墨烯溶液在90~120℃下加热回流1-3h，得到部分还原的氧化石墨烯。

进一步地，所述多孔支撑膜为PVDF超滤膜。

本发明与现有技术相比，具有诸多优势：

1.该方法制备过程绿色、易行且成本较低，整个过程均在水相中进行，不涉及任何有机溶剂以及剧毒化学危险品；

2.制得的石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜水通量高、抗污性能好，具有对有机染料接近100%的截留率以及较高的脱盐率，且在高操作压力和高盐浓度下仍能保持较高通量；

3.制得的石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜的选择分离层是由石墨烯与碳纳米管组成的全碳分离层，拥有很好的热稳定性和化学稳定性。

附图说明

图1是典型的石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜的电子扫描显微镜照片，可以看出碳纳米管均匀地插层在石墨烯层之间。

图2是石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜过滤有机染料时（甲基蓝、甲基橙以及直接红）的效果对照图，表明其对有机染料有着非常优异的截留效果。

具体实施方式

一种高通量石墨烯-碳纳米管复合纳滤膜，所述纳滤膜是在多孔支撑膜上通过真空抽滤法沉积一层选择分离层得到，所述选择分离层由部分还原的石墨烯与羧化碳纳米管组装而成。