[发明专利]一种氧化石墨烯/TiO2

说明书

本发明一种氧化石墨烯/TiO₂复合膜的制备方法，是将氧化GO溶液和Ti₃C₂ MXene量子点溶液成比例混合成混合溶液，在连续通空气条件下超声、倒入放置有微滤膜的抽滤瓶中，通过真空过滤的方法将MXene量子点被氧化得到的TiO₂和氧化石墨烯复合负载到微滤膜表面，得到氧化石墨烯/TiO₂复合膜。本发明氧化石墨烯/TiO₂复合膜的纯水通量远大于纯氧化石墨烯膜的通量，而且随着Ti₃C₂MXene量子点溶液成比例的增多，通量呈递增趋势；同时对重金属的截留率也得到了明显提高。本发明制备方法简单，易操作，易于规模化生产和使用，有利于推广。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯/TiO₂复合膜的制备方法，具体属于复合膜材料技术领域。

背景技术

膜分离技术利用膜对混合流体中各物质组分的选择透过性实现对各物质的组分分离、纯化和浓缩。由于其分离效率高、节能环保、操作简单等优点，已成为解决全球能源、环境、水资源等重大问题的共性支撑技术之一。单一的分离膜因其固有性质（亲水性一般等）在分离过程中会造成膜污染，导致膜分离性能下降、能耗增加、使用寿命短等问题。因此开发性能优异的复合膜是目前膜分离材料领域的研究重点。复合膜由力学支撑的基膜和表皮层构成，常见的基膜材料由聚砜、聚醚砜、是醋酸纤维素和聚偏氟乙烯等。针对表皮层进行材料和结构的优化能够提高复合膜的性能，常见的表皮层材料有碳纳米管、二氧化硅等，具有金属离子截留效率高、抗菌性强以及对基膜进行功能化改性等特点，但也普遍存在分散性及稳定性差等不足。氧化石墨烯作为一种具有较大比表面积的二维纳米碳材料，富含羟基、羧基等含氧官能团，具有亲水性强、易分散、抗污染能力强及易功能化设计等优点，是理想的表皮层材料。然而，单纯的氧化石墨烯由于其截留率和膜通量还难以满足实际应用的要求，因此有必要通过引入其他纳米材料对氧化石墨烯进行功能化设计，改变层间距离、孔径，从而提升氧化石墨烯复合膜截留率和膜通量。

纳米TiO₂因无毒、无害、表面丰富的羟基、热稳定性好等特点，广泛用来修饰氧化石墨烯膜。相比较单纯的氧化石墨烯膜，所制备的氧化石墨烯/TiO₂复合膜对水体污染物具有更高的截留率和膜通量，然而，由于纳米材料易团聚的问题以及纳米TiO₂表面带负电荷的特点，纳米TiO₂在表面同样为负电荷的片状氧化石墨烯难以均匀分散，这将大大降低所制备氧化石墨烯/TiO₂复合膜对水体污染物的截留率。因此，为了保证纳米TiO₂在片状的氧化石墨烯表面的均匀分散，需要对纳米TiO₂表面进行必要的修饰，该修饰过程不仅增加了复合膜制备过程，而且修饰过程会改变纳米TiO₂表面原有的物化性质，极大降低纳米TiO₂表面对水体污染物的吸附性能。

发明内容

本发明针对现有文献所制备的氧化石墨烯/TiO₂复合膜对水体污染物截留率不高的问题，提出了一种利用Ti₃C₂ MXene量子点和氧化石墨烯复合来制备具有高截留率的氧化石墨烯/TiO₂复合膜的方法。本方法将氧化石墨烯溶液和Ti₃C₂ MXene量子点溶液混合，随后在通空气气氛、一定温度下超声处理，超声过程中Ti₃C₂ MXene量子点被氧化成TiO₂纳米颗粒，最后通过真空过滤的方法将新生的TiO₂纳米颗粒和氧化石墨烯均匀复合负载到滤膜表面，用于截留和吸附水中的重金属离子。