[发明专利]一种通道可调的非对称氧化石墨烯复合膜的制备方法及其制得的产品

说明书

本发明公开了一种通道可调的非对称氧化石墨烯复合膜的制备方法，以石墨微粉为主要原料，采用Hummers法制备氧化石墨烯分散液；经过滤清洗、超声粉碎和离心分离，得到不同粒径大小的氧化石墨烯分散液；进而先后采用大粒径氧化石墨烯分散液和小粒径氧化石墨烯分散液，在膜基片上制膜，得到非对称氧化石墨烯复合膜。本发明所制得的复合膜具有通道尺寸可控、通道有序化程度高、亲水性优异、分离性能佳等优良性能，从而赋予了膜优异的分离特性，能够有效实现对目标分离物进行更精确的分离。而且，本发明制备方法工艺简单、成本低、操作简便易行，有利于推广和应用。

技术领域

本发明涉及膜材料技术领域，尤其涉及一种非对称氧化石墨烯复合膜的制备方法及其制得的产品。

背景技术

近年来，石墨烯及其各类衍生物，由于具有独特的二维结构，以及机械性能强、比表面积大、化学稳定性好等优良性能，已在环境、能源、催化等领域表现出巨大的应用前景。作为石墨烯的衍生物之一，氧化石墨烯也具有二维结构(单层约单个碳原子厚度，二维平面尺寸可达几十纳米甚至几微米)，但与石墨烯不同的是，其二维平面及边缘具有丰富的羟基、羧基及环氧基等极性含氧官能团，因而使得氧化石墨烯的层间距达到约0.7nm，并表现出优良的亲水性能。由于氧化石墨烯能够很好地分散在水中而形成均一的分散液，因此可通过适当的方法，制备出氧化石墨烯膜。鉴于氧化石墨烯膜具有超薄、柔韧性好、化学稳定性好、机械强度高、优异的水分子选择透过性等优点，从而使得氧化石墨烯材料在分离和提纯等高技术膜领域备受关注，被认定为是一种新型的、低成本高性能的特种膜材料。

氧化石墨烯膜是由若干个氧化石墨烯薄片平行堆垛而构成的层状结构膜，该膜分离通道主要由三部分构成：1)氧化石墨烯片层之间的间隙；2)氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔洞；3)氧化石墨烯片不规则堆积形成的边缘间隙。以上三种间隙或孔洞共同构成了氧化石墨烯膜的多孔性结构，从而赋予该膜具有良好的分离特性，并且对氧化石墨烯膜的分离性能具有至关重要的作用。然而，目前对氧化石墨烯膜的结构调控，特别是分离通道的孔道尺度以及分布调控，仍缺乏广为有效的技术措施。因此，现有技术氧化石墨烯膜仍然普遍存在着分离通道尺寸分布较宽、且有序化程度低的问题，从而影响了膜的分离性能及其稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通道可调的非对称氧化石墨烯复合膜的制备方法，以获得通道尺寸可控、通道有序化程度高、亲水性优异、分离性能优良的氧化石墨烯膜。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种通道可调的非对称氧化石墨烯复合膜的制备方法，首先将制备得到的氧化石墨烯分散液进行粒径筛选，得到不同粒径大小的氧化石墨烯分散液；然后在膜基片的同一表面上，先后采用大粒径氧化石墨烯分散液和小粒径氧化石墨烯分散液进行制膜，从而获得通道可调的非对称氧化石墨烯复合膜。

本发明复合膜，膜基片上的非对称膜层是分别由大、小不同粒径氧化石墨烯构成的不同膜层。基于氧化石墨烯独特的层状结构，因此由大粒径氧化石墨烯构成的层膜中，包含若干层(个/片)氧化石墨烯；小粒径氧化石墨烯构成的层膜亦是如此。为此，本发明构筑的非对称氧化石墨烯分离膜，能够实现对膜通道尺寸(特别是由氧化石墨烯片不规则堆积形成的边缘间隙尺寸)的精准调节，并提高膜通道有序化程度，以赋予膜优异的分离特性，从而实现对目标分离物进行更精确的分离。

本发明制备方法可采取如下具体措施，包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯分散液的制备

以石墨微粉为主要原料，采用Hummers法，制备得到氧化石墨烯分散液；

(2)不同粒径氧化石墨烯分散液的制备

所述氧化石墨烯分散液经过滤清洗后，通过超声粉碎和离心分离，得到具有不同粒径大小的氧化石墨烯分散液；