[发明专利]一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜及其制备方法与应用。所述的制备方法为：将两亲性的氧化石墨烯分散于水溶液中得到两亲性的氧化石墨烯分散液，然后将所述的两亲性的氧化石墨烯分散液和哌嗪的水溶液混合得到水相，然后将油相均苯三甲酰氯的正己烷溶液加入到所述的水相中，界面处发生聚合反应，生成超薄膜；将超滤膜底膜放置在界面处与制得的超薄膜贴合，然后取出覆有超薄膜的超滤膜底膜进行干燥，得到两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜。本发明将两亲性的氧化石墨烯引入了界面聚合的过程中，利用水油两项的界面性质在界面聚合反应的同时将两亲性氧化石墨烯包裹在内，制备了具有较强亲水性的膜，显著提高了纳滤膜的通量。

技术领域

本发明涉及一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜及其制备方法与应用，属于功能性膜制备及分离应用的技术领域。

背景技术

由L-S法制备的各向异性反渗透/纳滤膜厚度较大，且在高压下极易压密，对压力驱动膜不利，为解决这些缺陷，1972年，Cadotte第一次运用界面聚合法制备出高性能的反渗透复合膜NS100，其脱盐率和水通量比L-S法制备的膜大为提高，目前全世界的反渗透/纳滤膜有90％是用界面聚合法生产出来的。

近年来，对界面聚合研究的热度依然不减，浙江大学的张林老师团队对界面聚合纳滤膜的形成过程进行了深度分析，使用了不同的抑制剂调控界面聚合所得的膜表面，构造了图灵结构。许多团队通过表面改性、粒子掺杂等方式提升界面聚合膜的性能。但现在实际应用中界面聚合膜的通量低导致水处理的效率不够高。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是制备两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜实现高效水处理，应用于海水淡化。

本发明的技术方案：

首先制备具有两亲性能的氧化石墨烯片，将其掺入水相中进行界面聚合，再将超薄层转移到自制的超滤膜表面通过界面聚合的方式制备聚酰胺层，热处理后浸入水中保存得到改性的界面聚合膜。

一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜，具体按照如下方法进行制备：

(1)将两亲性的氧化石墨烯分散于水溶液中得到浓度为0.01～0.8g/L的两亲性的氧化石墨烯(AJN)分散液，然后将所述的两亲性的氧化石墨烯(AJN)分散液和质量分数为0.1％～3％哌嗪的水溶液混合得到水相，然后将油相质量分数为0.01％～1％的均苯三甲酰氯的正己烷溶液加入到所述的水相中，所述的油相和水相的界面处发生聚合反应，生成超薄膜；所述两亲性的氧化石墨烯与哌嗪的质量比为0.1～20：1；

(2)将超滤膜底膜放置在界面处靠近所述的油相侧与步骤(1)制得的超薄膜完全贴合，然后取出覆有超薄膜的超滤膜底膜放入烘箱中干燥，得到两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜，而后放在水中保存。

进一步，步骤(1)中，所述的两亲性的氧化石墨烯合成方法如下，将白色木薯淀粉与去离子水混合均匀得到浓度为0.16g/mL的淀粉溶液，将1mg/mL的氧化石墨烯分散液缓慢地加入到所述的淀粉溶液中，并在室温下搅拌8小时，得到淀粉微球用去离子水和乙醇洗涤后与无水乙醇溶液混合得到淀粉微球的无水乙醇溶液，所述的无水乙醇的加入量以所述的白色木薯淀粉的质量计为5mL/mg，然后向所述淀粉微球的无水乙醇溶液中加浓度为6mg/mL的烷基胺的无水乙醇溶液，所述的烷基胺的无水乙醇与所述的淀粉微球的无水乙醇溶液的体积比为1:4；在室温下温和搅拌12h，得到的微球用无水乙醇洗涤后再次分散在无水乙醇中，并超声10～30min然后在50～80℃下加热10～30min交替3次，得到两相，取上部相过滤和干燥，得到AJN。