[发明专利]一种甘氨酸修饰的氧化石墨烯/石墨相氮化碳复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种甘氨酸修饰的氧化石墨烯/g‑C₃N₄复合膜的制备方法，采用甘氨酸作为修饰小分子，与氧化石墨烯以酰胺键共价连接，然后加入石墨相氮化碳(g‑C₃N₄)超声分散形成均匀分散液，在一定真空度下抽滤组装成膜。随后用超支化聚乙烯亚胺溶液浸泡该膜一定时长，对其表面电荷进行改性。将改性后的甘氨酸修饰氧化石墨烯/g‑C₃N₄复合膜对染料废水进行膜分离应用，发现其对染料/水体系具有良好的渗透能力和优异的截留性能。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及的是一种小分子化合物修饰氧化石墨烯复合膜的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，由于人类活动和工业发展，往水中排入大量有机污染物，造成严重的水污染，同时对人类的生活和身体健康也造成威胁。目前在水净化领域中，采用纳滤技术进行废水处理受到研究学者的广泛重视。但在制备纳滤膜的过程中，膜材料大部分都采用有机高分子材料或者金属氧化物为原料，在实际应用中存在一定的问题，例如截留率低、膜污染严重等。

而氧化石墨烯作为一种应用于废水处理领域中的新型纳滤膜材料，由于含有丰富的羟基和羧基等有氧基团，具有独特的二维纳米片结构、比表面积大、力学性能好、亲水性强等特点，受到了人们的广泛关注。

然而，由于纯氧化石墨烯膜具有高度亲水的含氧基团，容易在水环境中分解，所以为了提高氧化石墨烯膜在水中的稳定性，需要对氧化石墨烯进行修饰。氧化石墨烯的修饰一般可以采取非共价键和共价键修饰两种方式。非共价键修饰是通过π-π相互作用、静电作用、范德华力、氢键等非共价作用力将修饰剂与氧化石墨烯结合。因此，常用聚合物、金属氧化物以及其它纳米材料对氧化石墨烯进行非共价键修饰，以提高氧化石墨烯膜的稳定性。除此之外，由于氧化石墨烯表面含有大量的羧基、羟基、环氧基等大量活性基团，所以可以通过引入修饰剂与氧化石墨烯表面的基团发生化学反应，从而形成共价键修饰的氧化石墨烯。并且因为修饰分子进入氧化石墨烯的薄层中，可以构建一定尺寸的纳米孔，调节膜的层间结构(Grossman.J.C.Nano Lett.，2012，12:3602–3608)，从而可以调控膜的纳滤性能。此外，共价键修饰后的氧化石墨烯化学性质稳定，使用寿命长。

发明内容

本发明的目的在于通过修饰氧化石墨烯的表面功能基团，改变氧化石墨烯/石墨相氮化碳复合膜二维通道的层间距，以提高复合膜的渗透和截留率，开发出一种具有优异分离性能的甘氨酸修饰的氧化石墨烯/石墨相氮化碳复合膜的制备方法。

为了达成上述目的，本发明的技术方案如下：

一种甘氨酸修饰的氧化石墨烯/g-C₃N₄复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在一定体积的浓度为100～500ppm的氧化石墨烯溶液加入水中，搅拌均匀、超声波溶解，得到浓度均匀的氧化石墨烯水溶液；

步骤2、将一定量的羧基活化剂溶解在10～20mL的水，搅拌至完全溶解，加入步骤(1)得到的氧化石墨烯水溶液，继续搅拌反应15～30min，到第一反应液；

步骤3、称取甘氨酸溶解在水中，搅拌至完全溶解，得到甘氨酸水溶液，甘氨酸溶液的浓度为0.5～2g/mL；

步骤4、将步骤(3)得到的甘氨酸水溶液加入到步骤(2)的第一反应液中，继续搅拌12～24h，得到第二反应液，其中，甘氨酸溶液与步骤(1)中的氧化石墨烯溶液的体积配比为(0.3～1)：1；