[发明专利]一种利用掺氮氧化石墨烯/TiO2复合颗粒增强抗污染性的超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超滤膜的制备方法，尤其是涉及一种利用掺氮氧化石墨烯/ TiO₂复合颗粒增强抗污染性的超滤膜的制备方法。

背景技术

超滤是一种膜分离过程，是在外界压力作用下截留水中胶体、大颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。由于超滤技术具有常温操作、过程无变相、能耗低、分离效率高等优点，目前再饮用水净化、石油化工、生物制药、视频、冶金等行业得到了广泛应用。

聚砜膜具有强耐氧化性，而且具有价廉易得、良好机械强度、抗压密性及化学稳定性、耐热性及宽的pH 值使用范围等优点，但它的憎水性也是人所皆知的，其危害主要表现在疏水溶质易在膜表面产生吸附和沉积，造成膜污染，降低膜的性能和缩短膜的使用寿命。因此，对聚砜膜进行亲水性改性，提高其抗污染能力十分必要。

目前，对超滤膜进行亲水性改性的方法主要有表面改性、共混改性和化学改性等。相对于其他两种改性方法，共混改性具有操作相对容易，改性效果好，经济实惠等优点。有机-无机共混操作简单，性能优异，加入亲水性无机纳米颗粒能增加膜表面亲水性，减少膜的污染，同时提高膜的机械性能，是近年来的研究热点。

TiO₂颗粒由于超强亲水性、极强的光催化性且无毒等功能，制备含有纳米TiO₂的有机-无机杂化膜材料以实现两者的优势互补已引起研究者的广泛关注。但TiO₂具有易团聚性的缺点，影响了它在膜材料领域的广泛应用。掺氮氧化石墨烯，作为石墨烯的衍生物，具有良好的导电性、亲水性、热稳定性和机械强度等性质，其作为TiO₂的载体可以极大的提高二氧化钛的分散性和亲水性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种利用掺氮氧化石墨烯/ TiO₂复合颗粒增强抗污染性的超滤膜的制备方法。本发明采用相转化法制备具有高亲水性和抗污染性的聚砜超滤膜，所制聚砜超滤膜的水接触角明显降低，从88°左右降低至61°左右，提高了膜的抗污染能力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用掺氮氧化石墨烯/ TiO₂复合颗粒增强抗污染性的超滤膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）氮氧化石墨烯/ TiO₂复合颗粒的制备

称取氧化石墨烯置于烧杯中，用蒸馏水溶解，超声震荡1h，使氧化石墨烯分散均匀；称取尿素溶解到氧化石墨烯溶液中，搅拌均匀；将配制好的溶液放入反应釜中加热，得到黑色溶液；将黑色溶液加入蒸馏水反复洗涤并冷冻干燥后得到掺氮氧化石墨烯颗粒；将掺氮氧化石墨烯和TiO₂颗粒置于烧杯中溶解，超声震荡30min后，放入反应釜中加热，得到灰色溶液；将灰色溶液加入蒸馏水反复洗涤并冷冻干燥后得到掺氮氧化石墨烯/TiO₂复合颗粒；

（2）掺氮氧化石墨烯/ TiO₂复合颗粒中加入有机溶剂，分散处理均匀后，加入膜材料、膜添加剂，混合均匀后得到铸膜液；

（3）将铸膜液静止脱泡后，倾倒在干净平整的平板表面，用刮膜机平稳迅速刮过后，放入凝胶相中，得到超滤膜。所述凝胶相采用水、水和溶剂混合液、水和无水乙醇混合液、空气中的一种，其中，溶剂混合液为N-甲基吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、N-N-二甲基乙酰胺中的一种所组成的混合液；在刮膜之后到放入凝胶相这个过程所经过的时间称之为干程，干程的长短会严重影响所制备的膜表面的孔径分布，故优选所述干程为0～2min。

进一步地，上述步骤（1）中，所述氧化石墨烯与尿素的质量比为1：4。

进一步地，上述步骤（1）中，在所述应釜中加热条件为180℃下加热24小时。

进一步地，上述步骤（1）中，所述掺氮氧化石墨烯和TiO₂颗粒的质量比为7：3。

进一步地，所述TiO₂颗粒由溶胶凝胶法制备，具体操作方法如下：

A溶液：将钛酸四丁酯和无水乙醇按体积比1:4在烧杯中混合均匀；

B溶液：将无水乙醇、纯水、冰醋酸按体积比5：2：1配制混合溶液，并用稀盐酸调节PH=2，将B溶液逐滴滴加到A溶液中，并持续搅拌30min，搅拌过后，将混合溶液静止3h成凝胶状；