[发明专利]一种壳聚糖修饰氧化石墨烯纳米复合正渗透膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种壳聚糖修饰氧化石墨烯纳米复合正渗透膜及其制备方法，正渗透膜，由制膜液涂覆在超滤支撑底膜上制成，所述制膜液以质量百分比计由以下组分制成：壳聚糖修饰氧化石墨烯0.1％‑1.0％；壳聚糖2％‑5％；亲水添加剂0.1～0.3％；稀醋酸溶液91％‑97％；稀戊二醛溶液0.1～3％。本发明该方法操作简单，同时壳聚糖作为一种天然高分子聚合物，具有良好的亲水性和截盐性，同时复合正渗透膜制备成本低，在提高复合膜表面亲水性的同时，氧化石墨烯的独特片状结构可达到较好的截盐效果。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及一种壳聚糖修饰氧化石墨烯纳米复合正渗透膜的制备方法及产品。

背景技术

水是生命之源，在当今世界能源紧缺，水和环境污染日益严重的形势下，海水淡化、苦咸水脱盐以及工业废水处理等方法成为获取淡水资源的主要手段。

膜技术是一种新型分离技术，具有高效、节能、环保等优点，在海水淡化、脱盐以及食品加工、医药等方面引起了世界各国的高度重视。有研究报道表明，膜法脱盐技术占据世界水脱盐设备容量的44％。

正渗透(FO)是一种新型膜分离技术，以膜两侧溶液渗透压差为驱动力，无需外加压力，从而达到分离、浓缩的目的，具有操作简单、能耗低、成本低等优势，主要用于海水脱盐、废水处理、食品加工、发电等方面。相比纳滤和反渗透等脱盐技术而言，正渗透技术由于其低能耗和工业污水零排放等优势，逐渐成为一种可替代性脱盐技术。

根据目前已有研究成果发现，正渗透膜材料的选择是正渗透技术的核心。理想的正渗透膜应具有以下特性：具有较薄的致密皮层，保证膜较高的截留性能并降低浓差极化；具有大孔结构的疏松支撑层，保证较高的水通量。用于正渗透膜研究较多的材料主要有：三醋酸纤维素(CTA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚砜(PSf)、聚醚砜(PES)等。目前正渗透FO的制备主要有共混法和界面聚合法两种,共混法主要是将成膜材料如醋酸纤维、聚偏氟乙烯等与亲水纳米粒子共混以制备FO膜；界面聚合法，主要是采用亲水性物质如氧化石墨烯等改性超滤底膜，然后在超滤底膜表面进行界面聚合以制备具有超薄脱盐皮层的正渗透膜，这两种方法目前都得到了人们的广泛关注。

近年来，由于氧化石墨烯(GO)良好的水溶性和表面活性，国内外很多学者将氧化石墨烯用于膜材料的共混改性，取得了很好的研究结果。氧化石墨烯可以有效提高超滤膜的亲水性、机械性能和盐截留率。Ganesh等人在研究中发现，在聚砜铸膜液中添加GO可以提高膜的亲水性能，同时对盐Na₂SO₄的截留率提高至74％(B.M.Ganesh,Arun M.Isloor,A.F.Ismail.Enhanced hydrophilicity and salt rejection study of grapheneoxide-polysulfone mixed matrix membrane.Desalination,313(2013)199-207)。Xu等人则把有机硅烷功能化的GO与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混制膜，所制备的超滤膜的机械强度和通量均有较大的改善，膜的表面粗糙度和抗污染性均有明显的改善(Z.W.Xu,J.G.Zhang,M.J.Shan,et al,Organosilane-functionalized graphene oxide for enhanced anti-fouling and mechanical properties of polyvinylidene fluoride ultrafiltrationmembranes,Journal of Membrane Science,458(2014)1-13)。