[发明专利]一种磁性石墨烯混合基质膜及其制备方法

说明书

本发明属于膜分离技术领域,具体涉及一种磁性石墨烯混合基质膜及其制备方法。主要特征在于：将制备的磁性石墨烯均匀分散到三氯甲烷中，然后加入微孔有机聚合物粉末搅拌至均匀，在聚四氟乙烯板上刮涂成薄膜，溶剂挥发法制备一种磁性石墨烯混合基质膜，用于分离氧气、氮气。相比于其他磁性膜，该磁性膜中的磁性石墨烯兼有石墨烯特殊的二维片层结构和四氧化三铁的磁性能，且在磁性膜中不易团聚，分散性较好，对气体渗透性和选择性都有提高的特点，在磁性膜分离氧气、氮气领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于高新技术及气体分离膜制备领域，尤其涉及一种磁性石墨烯混合基质膜及其制备方法。

背景技术

富氧空气是氧体积分数超过21%的空气，除具备普通空气的助燃、呼吸和工业氧化等重要作用外，在节能环保、医疗和生物制品等领域也有广泛应用。富氧空气的传统制取方法以深冷分离法和变压吸附法为主，两者均存在能耗高、设备复杂等缺点。与上述方法相比，膜技术具有结构紧凑、操作简单、高效节能等优点而广泛用于气体分离研究。目前，商品化的富氧膜在低浓度富氧空气（氧体积分数28～40%）制备领域具有很强的竞争力，但在制取氧浓度超过40%的高浓富氧空气时，往往是不经济的。因此，如何通过膜理化结构的设计和膜生产工艺的优化，获得高选择性富氧膜始终是气体分离膜制备领域的研究热点。

磁性富氧膜是借助外加磁场对氧氮分子磁化力作用的差异强化氧氮分离过程的一种新型气体分离膜。磁性富氧膜以混合基质膜为主，由非磁性聚合物和分散其内部的磁性粒子构成。目前所采用的非磁性聚合物以乙基纤维素、聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)均为致密聚合物，磁性粒子则以钕、Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃为主。现有磁性富氧膜存在的问题主要有磁性粒子在膜中易团聚、氧氮分离选择性低等，制约了磁性混合基质膜在氧氮分离领域的应用。石墨烯是典型的二维片状碳材料，具有合成简单、比表面积高、机械性能和热稳定性优异、表面可功能化等优点，广泛应用于气体分离、离子分离以及海水淡化等领域。目前已有研究者以石墨烯作为载体，将金属有机框架材料ZIF-8负载到石墨烯片层表面后，通过沉积在Al₂O₃支撑体或添加到聚合物中，制备气体分离膜的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性石墨烯混合基质膜及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。

本发明提出的一种基于磁性石墨烯混合基质膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

A将1~5份微孔有机聚合物粉末溶于40~50份溶剂中，磁力搅拌3-6h形成均匀溶液；

B将上述溶液用0.2~0.8μm针式过滤器过滤后，加入0.0005~0.02份磁性石墨烯粉末，超声搅拌6~12h后，在四氟乙烯板上刮涂成薄膜，薄膜厚度为80μm；

C将薄膜于室温下干燥24h去除部分溶剂，再于真空干燥箱内干燥至恒重，得到磁性石墨烯混合基质膜产品。

优选的，所述微孔有机聚合物为聚希夫碱、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑或聚吡咯中一种。

优选的，所述微孔有机聚合物的分子量为5~6万。

优选的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷、四氢呋喃中的任意一种或几种混合物。

优选的，所述磁性石墨烯为石墨烯片层表面负载四氧化三铁纳米粒子，四氧化三铁粒径为30-50nm，负载量为85wt%-90wt%。

本发明还提供一种磁性石墨烯混合基质膜，其特征在于配方包括如下组分：微孔有机聚合物1~5份、磁性石墨烯0.005~0.02份、溶剂40~50份。

优选的，所述微孔有机聚合物为聚希夫碱、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑或聚吡咯中一种。

优选的，所述微孔有机聚合物的分子量为5~6万。