[发明专利]一种多巴胺辅助沉积制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜的方法

说明书

本发明涉及一种多巴胺辅助沉积制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜的方法，属于膜分离技术领域。其以聚丙烯腈超滤膜为基膜，首先在碱液中进行羧基化改性，随后浸入多巴胺溶液中进行基膜修饰，形成聚多巴胺层，再浸入氧化石墨烯量子点溶液中，借助聚多巴胺层在基膜表面辅助沉积氧化石墨烯量子点层，最后在交联剂溶液中进行原位交联，从而获得高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜。本发明使用先进行多巴胺涂层、后界面聚合的方法制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜，制备工艺新颖，制备方法简单，操作稳定性优良。

技术领域

本发明涉及一种多巴胺辅助沉积制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜的方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

随着世界人口的不断增长，水污染问题的日益严重，全球的淡水总量开始不断下降，水资源短缺已成为全球关注的问题。为了缓解全球水危机，人们进行了广泛的研究探索经济有效的海水淡化和水处理技术。纳滤已经在脱盐、废水处理等领域得到了广泛关注。但是由于传统的纳滤膜的固有局限性，在保持良好排斥的同时制备具有高通量的纳滤膜仍然是一项具有挑战性的任务。超薄的纳滤膜会减小传质阻力和浓差极化，增加水通量，而且较小的纳米粒子减小膜表面粗糙度并增强渗透性能。从而构建一个超薄的纳米粒子的纳滤膜显得尤为重要。

氧化石墨烯膜由于其独特的层层堆叠结构在水净化和脱盐领域受到了广泛的关注。与较大氧化石墨烯片相比，具有更小片层尺寸的氧化石墨烯量子点可为水分子穿透氧化石墨烯薄膜提供了更短的路径。氧化石墨烯量子点边缘含有较多的羧基、羟基、环氧等亲水性基团，会使膜表面的亲水性大大提高，进而水分子容易透过膜表面。此外，氧化石墨烯量子点在表皮层的分布更加均匀，使氧化石墨烯量子点在表皮层的拉伸更小，从而获得更光滑的表面，这有利于提高其防污性能。这些优良特性使得氧化石墨烯量子点成为优良的分离膜材料。然而，氧化石墨烯量子点的极小片层尺寸和无机特性使其在形成超薄无缺陷复合纳滤膜时存在技术挑战。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种多巴胺辅助沉积制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜的方法。

本发明的技术方案，一种多巴胺辅助沉积制备高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜的方法，以聚丙烯腈超滤膜为基膜，首先在碱液中进行羧基化改性，随后浸入多巴胺溶液中进行基膜修饰，形成聚多巴胺层，再浸入氧化石墨烯量子点溶液中，借助聚多巴胺层在基膜表面辅助沉积氧化石墨烯量子点层，最后在交联剂溶液中进行原位交联，从而获得高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜。

进一步的，具体步骤如下：

(1)基膜预处理：将聚丙烯腈超滤膜浸泡在1～3mol/L氢氧化钠水溶液中14～24h，取出后用去离子水冲洗并浸泡20～24h，得到羧基化聚丙烯腈超滤膜；

(2)多巴胺修饰：将步骤(1)得到的羧基化聚丙烯腈超滤膜浸泡在1～3g/L、pH值为8.5的多巴胺溶液中15～25min，自组装形成聚多巴胺修饰层，取出并水洗后，得到多巴胺修饰聚丙烯腈超滤膜；

(3)氧化石墨烯量子点沉积：将步骤(2)制得的多巴胺修饰聚丙烯腈超滤膜浸入质量浓度为0.01％～2％的氧化石墨烯量子点水悬浮液中10～30min，借助多巴胺在基膜表面沉积氧化石墨烯量子点层，制得复合膜；

(4)原位交联：将步骤(3)得到的复合膜浸入质量浓度为0.01％～0.5％交联剂溶液中5～10min，调节反应温度，原位交联制得高通量氧化石墨烯量子点复合纳滤膜。

进一步的，步骤(1)所述聚丙烯腈超滤底膜孔径为5～80nm。

进一步的，步骤(2)所述聚多巴胺层厚度为5～50nm。

进一步的，步骤(2)所述多巴胺溶液是多巴胺溶解在三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，缓冲液的浓度是10mmol/L。

进一步的，步骤(3)所述氧化石墨烯量子点层厚度为15～150nm。