[发明专利]一种氧化石墨烯/MOF复合膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯/MOF复合膜及其制备方法与在工业废水处理或海水淡化中的应用。本发明所述的方法在氧化石墨烯层间引入聚乙烯醇，增加了含氧量官能团数目，为金属离子的配位提供了更多的位点；金属离子预先与氧化石墨烯/聚乙烯醇膜进行交联提高了膜的稳定性；更多的金属离子配位，提高了MOF的引入量，更大限度的提高膜的分离性能，膜的水通量得到进一步提升，截留率与稳定性同样得到保障。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种水通量有效增加而截留保持的氧化石墨烯/MOF复合膜及其制备方法与用途。

背景技术

自2004年Geim课题组通过机械剥离的方法得到第一片石墨烯，其优异的力学、电学性能、超高的比表面积、量子霍尔效应等等，使该材料在燃料电池、超级电容器等众多领域表现出很好的应用前景。石墨烯为碳原子经sp²杂化构成的蜂巢状结构，只有一个原子层的厚度，是理想的二维材料，而其由于电子云的覆盖，经检测单层石墨烯甚至不允许半径最小的气体He的通过，在分离领域表现出极大的潜力。作为石墨烯性能最为优异的衍生物之一的氧化石墨烯，由于具有良好的亲水性、在水中易分散的性质，使得氧化石墨烯可通过抽滤的方式制成膜并进行液体分离变为现实，其具有良好的机械稳定性、化学惰性以及二维材料的超薄特性。

氧化石墨烯由于其超高的比表面积以及其片层在边-边处的排斥作用和在面-面上的静电作用，在抽滤过程中可以堆叠形成有秩序的片层进行水处理及离子筛分。然而由于氧化石墨烯片层之间紧密的堆叠方式，即便是纳米级的超薄膜，水通量仍然不是很大，且有一定的上升空间，因此，一种可以有效增大水通量并且截留得以保持的氧化石墨烯膜的制备是有必要且有意义的。

金属-有机骨架(MOFs)是由金属离子或簇合物与有机配体形成一维、二维或三维结构的化合物。它们是配位聚合物的一个子类，通常是多孔的。以ZIF-8和UIO-66为代表的MOF膜具有均一的亚纳米孔道，由埃级孔口和纳米级孔洞组成，表现出超快的碱金属离子选择性迁移。孔口对碱金属离子起到离子选择性过滤器的作用，而空穴则起到孔洞的作用。故将氧化石墨烯膜与MOF材料结合在一起将有可能发挥二者的优点，得到水通量与截留均较佳的杂化膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/MOF复合膜及其制备方法与应用。

本发明采用的技术方案是：

一种氧化石墨烯/MOF复合膜，其特征在于：所述的氧化石墨烯/MOF复合膜具体按照如下方法进行制备：

(1)氧化石墨烯/聚乙烯醇(GO/PVA)复合膜的制备：将氧化石墨分散到去离子水中，超声得到0.01～0.5g L^-1的氧化石墨烯分散液，然后将所述的氧化石墨烯分散液与浓度为0.01～2g L^-1的聚乙烯醇水溶液混合得到混合液，将所述的混合液在底膜上真空抽滤得到氧化石墨烯/聚乙烯醇(GO/PVA)复合膜；所述的氧化石墨烯与聚乙烯醇的质量比为1:0.5～8；

(2)交联GO/PVA复合膜：将步骤(1)制备的复合膜浸泡于交联剂中0.5～24h，而后冲洗晾干得到交联GO/PVA复合膜；所述交联剂以水溶液的形式加入，浓度为0.1～1mol/L；所述的交联剂为硝酸锌、硝酸铜或氯化铁；

(3)原位合成MOF：将步骤(2)所得交联GO/PVA复合膜浸泡于配体溶液中2～48h，进行原位合成生长得到氧化石墨烯/MOF复合膜；所述配体溶液的浓度为0.01～1mol/L；所述配体溶液的溶质为硝酸锌、硝酸铜或氯化铁，所述配体溶液的溶剂为甲醇、乙醇或甲醇的水溶液。

进一步，步骤(1)中，所述的底膜可涂覆多巴胺进行改性。

再进一步，步骤(1)中，所述的底膜材料为下列之一：尼龙66、混合纤维素酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯或聚丙烯晴。