[发明专利]一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，步骤：(1)超纯水用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，至通量稳定；(2)经平均得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；(3)Na⁺水溶液与步骤(1)压力相等，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，至Na⁺水溶液通量稳定；(4)经平均得到氧化石墨烯膜的稳定Na⁺水溶液通量；(5)膜不稳定性因子k＝氧化石墨烯膜的稳定Na⁺水溶液通量/氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量，k值与稳定性负相关。本发明易于实现、成本低廉，能评价不同氧化石墨烯膜制备方法在膜结构稳定性方面优劣性，快速判断氧化石墨烯膜是否适用于水溶液体系的长期过滤，对氧化石墨烯膜制备及实际应用具有重要的参考价值。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法。

背景技术

纳滤技术目前已被广泛应用于饮用水处理、污水深度处理、海水及苦咸水淡化。然而，商品化的聚酰胺复合纳滤膜仍然具有诸多缺点，如水通量进一步提高的空间有限、抗污染能力差、抗氯氧化性差等，因此，开发新型纳滤膜材料成为了膜分离技术领域的研究热点之一。

氧化石墨烯膜是近年来广受关注的一种新型纳滤膜材料，由石墨烯的衍生物——氧化石墨烯在同一平面上交错堆叠形成。氧化石墨烯在堆叠过程中形成的纳米通道构成了水分子的迁移通道，另一方面，其尺寸一般位于1nm上下，可以截留水体中的小分子有机物、无机盐离子等，表现出位于纳滤范畴的分离性能。氧化石墨烯膜具有诸多优点，如由于氧化石墨烯厚度很薄，可以显著降低膜厚，且水分子在纳米通道内可做无摩擦迁移，因此有望使水通量得到大幅提高，又如由于氧化石墨烯含氧官能团丰富，可以使氧化石墨烯膜具有较高的亲水性，且易于化学改性，等等。

目前，氧化石墨烯膜的制备方法主要有真空过滤法、层层自组装法等。由于氧化石墨烯具有较强的水合作用，氧化石墨烯膜纳米通道在水溶液中的结构稳定性成为了研究者们关注的焦点。早期的氧化石墨烯膜多为纯氧化石墨烯膜，仅依靠氧化石墨烯之间的范德华力及π-π相互作用来维持结构稳定，后来研究者们为了提高氧化石墨烯层间的相互作用力，在制备过程中引入小分子有机物或金属离子，以共价键或静电力的形式与氧化石墨烯发生相互作用，达到增强氧化石墨烯层间相互作用力的目的。

尽管氧化石墨烯膜纳米通道的结构稳定性是研究者们关注的焦点及研究的重点，迄今为止仍然没有一种评价手段来评价氧化石墨烯膜纳米通道的结构稳定性，从而无法评判不同氧化石墨烯膜制备方法在膜结构稳定性方面的优劣性，也无法评判氧化石墨烯膜是否适用于水溶液体系的长期过滤。本申请发明人莫颖慧在前期研究工作中发现，氧化石墨烯膜的纳米通道结构及过滤性能会受到水溶液中阳离子的影响，其中氧化石墨烯膜对Na⁺的敏感性显著高于其他阳离子(K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺)，Na⁺更容易破坏氧化石墨烯膜的纳米通道，导致膜通量显著升高(Yinghui Mo,Xin Zhao,Yue-xiaoShen.Cation-dependent structuralinstability of graphene oxide membranes and its effect on membrane separationperformances.Desalination,399(2016):40-46.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Na⁺响应的评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法来弥补本领域当前相关研究的空白，用于快速评价不同制备方法得到的氧化石墨烯膜应用于水溶液体系时的纳米通道结构稳定性。

本发明的技术方案概述如下：

一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，包括如下步骤：