[发明专利]一种类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法与应用，所述的类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜的制备方法为：将氧化石墨烯制备成氧化石墨烯分散液；将类石墨氮化碳制备成均匀分散的氮化碳分散液；在上述氧化石墨烯水分散液中加入抗坏血酸并不断搅拌得到部分还原的氧化石墨烯分散液；将氮化碳分散液和部分还原的氧化石墨烯分散液混合，超声得到混合均匀的铸膜液；将上述混合均匀的铸膜液采用真空抽滤的方式在多巴胺预处理后的有机滤膜上抽滤成膜，并干燥得到氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜且能实现较高的水通量并对盐离子具有较高的截留。本发明制备过程简单，条件温和，可以用于工业脱盐。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，应用于盐离子的脱除。

背景技术

饮用水以及灌溉用水不断增长的需求，是本世纪最重大的挑战之一。海水脱盐是解决这一困扰的有效办法，膜分离技术中对于海水脱盐的研究也越来越成为热点，其中纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种压力驱动型膜分离过程。膜表面带有电荷，在筛分效应和电荷效应的共同作用下，具有一定的脱盐能力。纳滤技术具有低能耗、低投资、低维护成本、易操作、可靠性高和高通量的特点，已在化工、环保、食品、医药、海洋、冶金等多个领域广泛应用，主要集中在饮用水生产和废水处理这两个领域。纳滤技术可以处理地下水，地表水，也可以用于脱盐工业的预处理。纳滤过程的引入也被认为是脱盐工业中的一大技术突破。

决定膜性能的关键因素是膜材料的制备以及膜的微观结构，聚合物纳滤膜有着可观的分离性能，而且由于易于制造，相对成本较低而被广泛应用，但是目前传统的聚合物膜也存在一些不可忽视的缺点，比如化学和热性能差，易污染及物理老化等。新型纳米材料在膜分离方面的应用包括改变膜材料结构及优化膜性能方面潜力巨大。氧化石墨烯(GO)诸多天然特性使其成为一种非常有潜力的分离膜起始材料，纯氧化石墨烯膜的完整性仅仅是靠纳米片含氧官能团之间的氢键作用来维持，所以纯的GO膜具有低的结构和物理化学稳定性。对氧化石墨烯作适度部分还原改性可提高氧化石墨烯膜在水中稳定性，但通常还原后的氧化石墨烯纳滤膜具有较低的渗透通量。在氧化石墨烯层间插入不同尺寸的物质可以达到不同的分离目的，同时可以提高渗透通量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法，采用本发明的制备方法制备的纳滤膜能够有效提高水的渗透性能并保持对盐离子优异的截留性能，并且制备过程简单，可以广泛用于脱盐领域。

一种类石墨氮化碳插层的氧化石墨烯纳滤膜具体按照如下方法进行制备：

(1)将有机滤膜浸渍于多巴胺Tris缓冲溶液中，在25-30℃下缓慢震荡聚合12-30h，使得多巴胺在膜表面自聚合形成聚多巴胺(PDA)层的有机滤膜；所述的多巴胺Tris缓冲溶液的浓度为0.5-4g/L，pH为8.0～8.5；

(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散得到均匀的氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.02-0.5g/L；

(3)将类石墨氮化碳加入到去离子水中，超声分散得到均匀的类石墨氮化碳分散液；所述类石墨氮化碳分散液的浓度为0.01-1g/L；

(4)将浓度为0.1-2g/L的抗坏血酸溶液加入到步骤(2)所得的氧化石墨烯分散液中，在搅拌的条件下还原反应0.5-8h，然后超声0.5-2h得到部分还原的氧化石墨烯分散液中；所述抗坏血酸溶液与所述氧化石墨烯分散液的体积比为1-5:1；

(5)将步骤(3)所得类石墨氮化碳分散液加入到步骤(4)所得部分还原的氧化石墨烯分散液中，搅拌1-10h，超声0.2-2h使其混合均匀得到混合液；所得的类石墨氮化碳分散液的加入量以所述类石墨氮化碳的质量来计，所述部分还原的氧化石墨烯分散液的加入量以所述氧化石墨烯的质量来计；所述氧化石墨烯和所述类石墨氮化碳的质量比为2-10:1；