[发明专利]一种含氧化石墨烯的复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体是一种含氧化石墨烯的复合膜的制备方法。

背景技术

随着海水淡化领域的发展，膜分离技术在近年来凭借其高效、节能、环保、经济的优势，在水处理领域发挥着越来越重要的作用。设计制备新型高效的分离膜已经成为膜法水处理技术进一步发展的关键。开发新型的复合膜材料，实现高效、环保的水处理过程，是当前膜材料领域发展的趋势。氧化石墨烯具有独特的单层碳原子结构，其片层和边缘上含有大量的羟基、羧基、环氧基等基团，具有较高的亲水性和化学反应活性。将氧化石墨烯铺展在膜表面可大幅度提高复合膜过滤效率和机械性能。

目前，用于水净化分离的含氧化石墨烯复合膜主要可以分为两类：氧化石墨烯与传统膜材料共混，通过相转化法制备的复合膜和利用层层自组装、涂覆交联等方法制备的氧化石墨烯复合膜。由于氧化石墨烯易团聚，不易分散在大多数的高分子聚合物中，共混的方法限制了氧化石墨烯的结构特性，不利于在分离膜制备领域的应用。但传统的层层自组装又存在制备时间长、效率低的问题。因此，利用电沉积作用，开发一种新型的含氧化石墨烯的复合膜，使其具有高选择性和高水通量，对于新型材料在膜科学领域的交叉应用，对于发展膜科学技术在水处理、海水淡化及其他水资源领域的进一步应用，都具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氧化石墨烯的复合膜的制备方法，利用氧化石墨烯的单原子层结构可有效提高分离效率的原理，在电场力的驱动下，通过静电作用，将荷电聚电解质和荷电的氧化石墨烯层层自组装在荷电基膜上。本发明通过电沉积的制备方法提高了层层自组装复合膜的制备效率，得到了含氧化石墨烯的高效率复合膜。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含氧化石墨烯的复合膜的制备方法，具体步骤如下：

1）荷电基膜的制备：将10～15w/v%的膜材料-高分子化合物溶解在极性溶剂中，加入3～5w/v%的致孔剂配成铸膜液，将铸膜液加热搅拌12～36h，冷却脱泡12～48h，在20～30℃、湿度60～80%的恒温恒湿环境下，将脱泡后的铸膜液倾倒在洁净的玻璃板上刮膜，用刮刀刮膜，使铸膜液在玻璃板上呈均匀薄层，在空气中挥发极性溶剂后将其浸入凝胶浴成膜，经蒸馏水漂洗后，得到基膜，基膜经过进一步改性得到荷电基膜；

2）将步骤1）制得的荷电基膜放入两个电极板组成的电场中间，在电场中加入与荷电基膜电性相反的聚电解质，通电后使聚电解质在荷电基膜周围富集并通过静电作用沉积在荷电基膜表面，制得复合膜；

3）将步骤2）中得到的表面富集荷电的聚电解质的复合膜放在空气中沥干；重新将复合膜放入电场中间，改变电源正负极方向，在电场中加入与荷电的聚电解质电性相反的氧化石墨烯，通电后使荷电的氧化石墨烯在复合膜表面富集并通过静电作用沉积在复合膜表面；

4）重复步骤2）和步骤3），得到不同层数的氧化石墨烯的复合膜。

作为本发明进一步的方案：还能将步骤2）中的聚电解质替换为氧化石墨烯，将步骤3）中的氧化石墨烯替换为聚电解质。

作为本发明进一步的方案：步骤1）中基膜为聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚酰胺亚胺、聚丙烯或聚丙烯腈；极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺。

作为本发明进一步的方案：步骤1）中致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇-400、聚乙二醇-2000、LiCl，且铸膜液加热搅拌温度为30～80℃。

作为本发明进一步的方案：步骤1）所述的基膜经过进一步改性的得到荷电基膜的方法包括但不限于：高分子电解质法、浸涂法、膜材料化学改性、界面聚合法、膜表面改性法、离子交联法。

作为本发明进一步的方案：步骤2）所述的聚电解质是荷正电的聚电解质或荷负电的聚电解质，荷正电的聚电解质包括但不限于：聚醚酰亚胺、瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵、阳离子水性聚氨酯、阳离子丙烯酰胺和聚烯丙基胺盐酸盐；荷负电的聚电解质包括但不限于：十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠。

作为本发明进一步的方案：聚电解质的溶剂为水，聚电解质的添加量为0～10w/v%。

作为本发明进一步的方案：电极板的材料包括但不限于：石墨、铜。

作为本发明进一步的方案：氧化石墨烯的溶剂为水，其中荷负电的为氧化石墨烯，荷正电的为氨基功能化氧化石墨烯。