[发明专利]一种截盐用rGO/CNT三维复合导电膜及其制备方法和使用方法

说明书

本发明涉及一种截盐用rGO/CNT三维复合导电膜，所述rGO/CNT三维复合导电膜中，CNT穿插于rGO层间隙并相互交叉形成多孔三维骨架。提高了纯水通量的同时使rGO/CNT膜的截盐率得到很好的保持。相较于现有的导电膜具有更高的比电容和导电性、机械强度和稳定性，本发明巧妙地整合了膜孔隙的截留作用以及膜作为电极的性能，使得施加电压相比无电压时截盐率显著提高。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种截盐用rGO/CNT三维复合导电膜及其制备方法和使用方法。

背景技术

近年来，淡水短缺问题日益突出。发展低能耗和环境友好型的废水除盐和海水淡化技术是解决淡水危机的重要途径。目前常用的除盐技术有：反渗透、离子交换、蒸馏等，这些技术都存在成本高、能耗高等问题。相比之下，纳滤膜在常温低压下即可实现除盐，并且导电的纳滤膜通过外加电压可以进一步提高除盐的效率，其节能、无二次污染、操作简单的优势使得纳滤除盐脱颖而出。因此，大量研究者开始致力于探索具有多传输通道、高导电性和高机械强度的纳米膜材料，并将其应用于制备纳滤膜。

现有技术中导电纳滤膜的材料大多采用高分子导电聚合物或碳纳米管。氧化石墨烯(GO)作为一种新型的二维纳米材料，由于其独特的片层结构、可调的物化特性、高导电性、化学和机械稳定性等优点已应用在膜材料上。但是由于含氧官能团的存在，GO层间距较大，水中盐离子可穿过，因此GO膜截盐效果不佳。为此，人们将GO膜进行还原，形成还原GO(rGO)，减小了GO层间距，有效提高了截盐效果。GO膜可以截留离子和分子，水分子可以通过石墨片层相互连接的夹层渗透通过。GO膜的截盐率和水通量总是一对矛盾体，所报道的膜或者具有高截盐率其水通量就较低，反之亦然，很难平衡。碳纳米管(CNT)是一维纳米材料，具有良好的机械性能、热稳定性、化学稳定性和吸附性能。

CN105110430A公开了一种海水除盐用石墨烯多孔电极，以纳米碳纤维与石墨烯均匀、连续分布制得的多孔电极材料，通过添加石墨烯大大增加了多孔材料的比表面积和电导率，通过电极的吸附达到将海水脱盐淡化的目的。rGO-CNT材料是新一代极具潜力的电响应材料，CNT对于rGO的层间距和导电性有直接影响。现有技术中截盐作用和纯水通量很难兼具，一种作用的增强通常伴随另一种作用的削弱。如何设计rGO-CNT复合材料以充分整合rGO和CNT的功能优势对于海水除盐具有重要意义。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于设计rGO-CNT复合材料以充分整合rGO和CNT的功能优势，在施加电压的作用下提高纯水通量的同时保证截盐作用，提高其除盐效率。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种截盐用rGO/CNT三维复合导电膜，所述rGO/CNT三维复合导电膜中，CNT穿插于rGO层间隙并相互交叉形成多孔三维骨架。

优选地，所述截盐用rGO/CNT三维复合导电膜中CNT占比10～40wt％，例如10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、33wt％、35wt％或40wt％等，优选15～33wt％。

优选地，所述截盐用rGO/CNT三维复合导电膜的截留分子量为100～800，例如100、120、150、180、200、220、250、280、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750或800等，优选200～300。

第二方面，本发明提供了如第一方面所述截盐用rGO/CNT三维复合导电膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将GO和CNT按比例分散于水中得到混合水分散液；

(2)以微孔膜为基底，将步骤(1)所得混合水分散液沉积在所述基底上，干燥后得到GO/CNT复合膜；

(3)将步骤(2)所得GO/CNT复合膜还原得到截盐用rGO/CNT三维复合导电膜。