[发明专利]一种柔性高通量氧化石墨烯/二氧化硅复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种柔性高通量氧化石墨烯/二氧化硅复合膜及其制备方法。将氧化石墨烯配制成氧化石墨烯均质溶液，再分别加入二氧化硅纳米颗粒和交联剂进行改性，最后抽滤至聚合物底膜上得到具有多级结构和优异水下超疏油特性的氧化石墨烯/二氧化硅复合膜。本发明利用简单的抽滤法，制备工艺简单，且条件易控制；通过将二氧化硅纳米颗粒填充在氧化石墨烯片层之间，构建多级孔结构，显著提高复合膜渗透通量；加入交联剂以促进氧化石墨烯/二氧化硅复合膜的形成。本发明复合膜表现出优异的油/水混合物和有机染料过滤特性，在污水处理、水体净化等领域有着广泛的应用前景，具有较大的商业推广价值。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更加具体地说，涉及一种柔性高通量氧化石墨烯/二氧化硅复合膜及其制备方法，属于柔性氧化石墨烯膜的制备和污染物过滤技术领域。

背景技术

近年来，随着社会经济不断发展，工业生产中产生的含油废水逐渐成为一个亟待解决的全球性问题，除此之外，海上原油泄漏对水体环境的破坏日趋严峻，其所造成的环境污染至今仍在持续。膜分离技术是一种新型的环境治理手段，利用膜两侧的能量差或膜自身的选择透过性实现对混合物的分离，并对产物进行提取、纯化、浓缩、分级或富集，具有系统简单、操作方便、分离效率高、节能环保等优点。

常用的膜材料如多孔陶瓷膜(Al₂O₃膜、SiO₂膜)或有机高分子膜存在脆性大、机械强度低、污染物截留效果差等缺点。为了进一步发展完善膜分离技术，不同膜分离材料相继被开发，其中石墨烯基材料因其优异的机械强度和化学稳定性，成为非常具有潜力的新型膜分离材料。氧化石墨烯具有二维平面结构，表面富含大量羟基、羧基、环氧基等含氧官能团，不仅有利于对其进行功能化设计，而且其片层的结构使其具有远高于传统无机膜的柔性和弹性，可以作为基体构建柔性膜材料。高超等(CN201710232708.3)采用氧化石墨烯作为原料，通过将氧化石墨烯液态膜在不良溶剂中凝胶化，制备得到具有良好柔性的氧化石墨烯薄膜。但是，目前纯氧化石墨烯膜由于其片层间距紧密，存在通量低、分离速率差的问题，不利于直接用于有机物分离过滤等领域。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种氧化石墨烯/二氧化硅复合膜的新型制备方法。该方法制备得到复合膜具有多级结构和优异的水下超疏油特性，能够提供丰富的孔道结构和低油/水接触界面，从而表现出更好的渗透通量和抗污染特性。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种柔性高通量氧化石墨烯/二氧化硅复合膜的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，以氧化石墨烯为原料，将其在水中充分搅拌均匀，获得氧化石墨烯溶液。

在步骤1中，搅拌时间为6—12小时，搅拌温度为20—25摄氏度，搅拌为机械搅拌或者磁力搅拌，速度为每分钟100—200转；

在步骤1中，氧化石墨烯溶液的浓度范围为0.1mg/mL—0.5mg/mL；

步骤2，在步骤1制备的氧化石墨烯溶液中加入二氧化硅纳米颗粒和交联剂并搅拌均匀。

在步骤2中，搅拌为机械搅拌或者磁力搅拌，速度为每分钟100—200转，搅拌时间为0.5—2小时；

在步骤2中，二氧化硅纳米颗粒的粒径范围为50～300nm，优选100—200nm；二氧化硅和氧化石墨烯的质量比为(0.1—5):1；优选(1—3)：1。

在步骤2中，交联剂为乙二胺、丙二酸、丁二胺或己二胺中的一种，交联剂和氧化石墨烯的质量为(0.1—1):1，优选(0.4—0.7)：1。

步骤3，将步骤2所得到的混合溶液抽滤至聚合物底膜上。

在步骤3中，聚合物底膜为醋酸纤维素膜、聚偏二氟乙烯膜、混合纤维素膜或聚四氟乙烯膜中的一种，底膜的孔尺寸为0.1～0.5μm，优选0.1—0.3μm；