[发明专利]通量可调氧化石墨烯纳滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种通量可调氧化石墨烯纳滤膜的制备方法。将乙二胺加入到氧化石墨烯水溶液中，超声得分散混合液；通过辅压真空自组装的方法镀到醋酸纤维素基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯/正庚烷的溶液中，待氧化石墨烯片层上的乙二胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正庚烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。制备方法简单易操作，相较于未改性的醋酸纤维素膜，本方法制备的改性醋酸纤维素复合膜在较低的操作压力下，具有较高的水通量和截留率，较好的分离性能，优异的抗氯性能。本发明制得的纳滤膜，其选择层氧化石墨烯片层间距可控，通量可调。

技术领域

本发明属于复合膜材料技术领域，具体涉及一种通量可调氧化石墨烯纳滤膜的制备方法。

背景技术

工业化进程的快速发展，给人们生活带来便利的同时也面临着因废水、废气等污染导致的环境问题。膜分离技术作为治理环境的有效技术之一，出现于20世纪初。在实际应用中，膜分离技术存在诸多问题，膜污染及分离效率低为其主要限制因素。为进一步发展以及完善膜分离技术，不同的分离膜材料相继被开发出来。其中，具有优异选择性和稳定性的石墨烯材料脱颖而出，成为最具潜力的非传统膜材料。石墨烯是碳原子以六元环形式构筑形成的二维单层晶体，具有优异的机械性能及稳定性。氧化石墨烯具有和石墨烯相似的二维平面结构，其表面分布着大量羟基、羧基和环氧基等极性含氧官能团。这些基团的存在有利于对石墨烯膜进行功能化设计，从而达到改变膜表面电荷、疏水性以及调节层间尺寸的目的。此外，制备石墨烯膜的原材料石墨来源广泛、价格低廉，为石墨烯基膜大量制备及广泛应用提供了有利基础。

近十年来，各种石墨烯膜相继被开发并用于膜分离领域，目前石墨烯基膜的制备方法主要包括真空抽滤法、喷/旋涂法、层层自组装法以及共混法。赵传起等添加氧化石墨烯(GO)到聚偏氟乙烯(PVDF)粉末中通过共混改性制得了PVDF/GO复合微滤膜，其抗污染性能显著提高，清洗周期是未改性时的4倍，但其阻力增加，这对于实际应用是非常不利的，会增加能耗以及成本。肖东升等采用将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)对氧化石墨烯(GO)进行改性，通过溶液成型的方法制得了IP-RGO纳米复合材料，其抗静电性能得到显著的提高，相容性良好，分散性良好，但制备过程复杂。

发明内容

本发明目的在于提供一种氧化石墨烯复合膜的制备方法，该制备方法简单易操作，在较低操作压力下有着较高的水通量和优异的截留率，并且能够实现通量可调。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

通量可调氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将乙二胺水溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，超声得分散混合液；

2)将所述混合液通过辅压真空自组装的方法镀到醋酸纤维素基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；所述辅压真空自组装是将醋酸纤维素基膜置于砂芯漏斗上对所述混合液进行真空过滤操作；

3)将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯(TMC)/正庚烷的溶液中，待氧化石墨烯片层上的乙二胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正庚烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。

按上述方案，步骤1所述氧化石墨烯水溶液采用改良的Hummers方法制备得到，将制得的氧化石墨烯在500～12000rpm条件下离心分离洗涤3～5次，得到浓度为0.1～20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声处理5-10min。

按上述方案，乙二胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯/正庚烷溶液的摩尔浓度之比为1：(0.25-5)。

按上述方案，通过控制乙二胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯/正庚烷溶液的摩尔浓度之比来实现氧化石墨烯纳滤膜的通量可调。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

复合膜的选择层利用聚酰胺交联氧化石墨烯片层，通过调节单体配比来控制聚酰胺的链长和结构，实现膜的通量可调。