[发明专利]多孔石墨烯复合优先透醇的渗透汽化膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了多孔石墨烯复合优先透醇的渗透汽化膜材料及其制备方法，主要步骤包括(1)具有疏水孔洞的多孔石墨烯的制备：通过多孔石墨烯、正庚烷、正硅酸乙酯和有机锡混合得到具有疏水孔洞的多孔石墨烯；(2)优先透醇的渗透汽化膜的制备；将溶解有PDMS、交联剂、催化剂的正庚烷混合具有疏水孔洞的石墨烯制备铸膜液，用刮刀涂覆于PVDF超滤膜上，制得石墨烯改性的渗透汽化优先透醇膜。本发明提供的多孔石墨烯复合优先透醇的渗透汽化膜自身成膜性好、力学性能好，实现优先透醇，可用于渗透汽化体系，具有良好的分离性能。

技术领域

本发明涉及渗透汽化膜分离技术领域，尤其涉及多孔石墨烯复合优先透醇的渗透汽化膜材料及其制备方法。

背景技术

渗透汽化(PV)膜分离技术是一种新型膜分离技术。该技术用于液体混合物的分离，其突出优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统方法难于完成的分离任务。它特别适用于普通精馏难于分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物的分离。目前，渗透汽化主要应用于以下三个领域：(1)有机溶剂脱水，如醇类，醚类，酯类，酸类脱水等；(2)水中微量有机物的脱除，如挥发性有机物的脱除，芳香性有机物回收，发酵液中回收生物燃料等；(3)有机-有机混合体系的分离，如甲基叔丁基醚(MTBE)/甲醇，碳酸二甲酯(DMC)/甲醇，苯/环己烷分离等。

有机物优先透过的渗透汽化膜功能层主要为聚甲基硅氧烷(PDMS)。其憎水性较强，是典型的憎水性膜材料。但是其自身成膜性、机械性能较差，且对有机物的分离系数和渗透通量均较低，目前工业化应用的主要为改性的PDMS。

专利101264429A公开一种渗透汽化优先透醇沸石填充硅橡胶复合膜的制备方法，其用MFI型沸石改性PDMS/PVDF，对乙醇水溶液具有高分离因子和渗透通量。但是由于MFI型沸石与PDMS相容性较差，沸石粒径也较大，影响渗透汽化膜的力学性能。

专利108479423A公开一种氧化石墨烯@聚乙烯醇混合基质渗透汽化膜及其制备方法。将氧化石墨烯分散液与和聚乙烯醇溶液混合均匀，除杂、脱泡，并涂覆在预处理基膜上，得到氧化石墨烯@聚乙烯醇混合基质渗透汽化膜。该复合膜既利用了基膜良好的支撑性能和氧化石墨烯特有的物理化学性质，使其具有良好的分离性能，可用于渗透汽化法分离高浓度有机物中的少量水。但由于其为渗透汽化优先透水体系，无法用于渗透汽化优先透醇体系。

专利106084276A公开一种高效合成石墨烯-聚二甲基硅氧烷功能海绵的方法。该海绵体可应用于水体中的油或非极性有机溶剂的分离，吸附能力高、吸附速率快、选择性强、循环再利用能力好，在原油泄漏处理、工业有机废液处理等领域具有潜在的应用价值。但是该材料主要起吸附作用，会达到吸附饱和。而渗透汽化膜由于具有吸附和脱附过程，可长期使用。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，采用Hummers氧化还原法和水热法结合制得多孔石墨烯，进一步疏水改性后复合PDMS，制备优先透醇的渗透汽化膜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面是提供了多孔石墨烯复合优先透醇的渗透汽化膜材料制备方法，包括以下步骤：

(一)具有疏水孔洞的多孔石墨烯的制备：

将多孔石墨烯按质量体积比为0.05-0.5g/ml加正庚烷中，超声分散均匀，之后加入正硅酸乙酯和有机锡，充分搅拌0.5-3h，过滤，得到具有疏水孔洞的多孔石墨烯；

(二)优先透醇的渗透汽化膜的制备：

将PDMS、交联剂、催化剂溶解于正庚烷中，混合均匀后，缓缓地加入步骤(一)中制备的具有疏水孔洞的石墨烯中，揽拌1-3h得到铸膜液；

将所述铸膜液用刮刀涂覆于PVDF超滤膜上，室温下静置6h，除去正庚烷溶液，然后转移到烘箱加热，制得石墨烯改性的渗透汽化优先透醇膜。