[发明专利]氧化石墨烯-聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜制备方法

说明书

一种氧化石墨烯‑聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜制备方法：将氧化石墨烯和聚乙二醇通过酯化反应形成氧化石墨烯‑聚乙二醇，作为亲水材料备用；将设定量氧化石墨烯‑聚乙二醇溶于N，N‑二甲基甲酰胺溶剂中，进行超声分散；向超声分散后的溶液中加入设定量的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮形成共混体系，并在设定温度下的水浴中搅拌溶解至均匀溶液，静置脱泡后得到铸膜液；通过刮膜器将铸膜液在玻璃板涂刮成膜，放入凝固浴中分相成型，浸渍2h后取出，并用蒸馏水冲洗，制成氧化石墨烯‑聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜，保存于蒸馏水中。本发明的方法制备的复合超滤膜的水通量得到了大幅度的提升，同时亲水性也得到了显著增强，并显示出优异的抗污染性能。

技术领域

本发明涉及一种复合超滤膜制备方法。特别是涉及一种氧化石墨烯-聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜制备方法。

背景技术

近年来，膜分离技术引起了水处理工程师和研究人员的极大关注。超滤膜分离技术在食品、医药、生物、环保、化工、能源、石油、水处理等行业具有广阔的应用前景。聚偏氟乙烯(PVDF)具有机械强度高、化学稳定性好、热稳定性好、成膜性能好等优点，在超滤膜的制备中有着广泛的应用。PVDF超滤膜虽然具有良好的应用性能，但其主要的疏水性缺点是会造成严重的膜污染，导致膜通量下降，膜运行过程中能量消耗增加。PVDF超滤膜的这一主要缺点严重威胁其应用和推广。因此，膜研究人员对提高PVDF超滤膜的亲水性和控制膜污染进行了广泛的研究。膜亲水改性是针对这一目的而开发的最直接、最有效的方法，因为它不仅可以改善膜的亲水性，还可以改善膜的理化性质，从而有助于改善膜的防污性能。

亲水性聚合物的加入或无机纳米颗粒与铸膜溶液混合是目前报道最多的改善膜亲水性和控制污染的技术。有趣的是，大量研究指出，将这种有机聚合物引入PVDF膜中，可以有效提高其亲水性和抗污染性能。但有研究报道，一些亲水聚合物在相转变过程中容易丢失，导致膜的亲水性能降低。此外，有机高分子膜的亲水性、水通量和排斥率可以通过添加各种无机纳米颗粒来提高。尽管这种将无机纳米颗粒引入有机聚合物膜的方法有这些优点，但据报道它有一个缺点。当将比表面积较低的纳米颗粒加入到铸型溶液中时，所需的高浓度纳米颗粒使其聚集。Razmjou和Mansour报道了聚偏氟乙烯膜中纳米颗粒的聚集对膜的机械强度产生了不利影响。因此，进一步探索克服这些缺点的理想亲水添加剂是一个重要的研究课题。

近年来，一种新型的多功能碳纳米材料氧化石墨烯(GO)以其独特的结构和优异的性能被广泛用作膜添加剂。一方面，氧化石墨烯表面大量的含氧官能团(羟基、羧基、环氧基)使其具有良好的亲水性，因此氧化石墨烯可以提高膜的亲水性和抗有机污染性能。另一方面，氧化石墨烯具有较高的比表面积和优异的机械性能，在聚合物基体中加入一定量的氧化石墨烯可以优化聚合物基体的机械强度。但氧化石墨烯具有两亲性，这在一定程度上限制了其改善膜亲水性的能力。这意味着疏水污染物(蛋白质)可以被吸附到复合膜的表面。随后，许多研究发现改性后的氧化石墨烯亲水性的改善更有利于提高膜的亲水性和耐污性。Ayyaru和Ahn以磺化氧化石墨烯(SGO)为添加剂，制备了一种比PVDF/GO纳米复合膜具有更高亲水性、更高渗透性和更好的防污性能的膜。Xu制备了改性氧化石墨烯共混到PVDFUF膜中，其亲水性和抗污染性能优于未改性氧化石墨烯的膜。氧化石墨烯(GO)与亲水性物质聚乙二醇(PEG)与也可以通过的酯化反应来进一步增强氧化石墨烯(GO)的亲水性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提升超滤膜通量，亲水性及抗污染性能，的氧化石墨烯-聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种氧化石墨烯-聚乙二醇/聚偏氟乙烯复合超滤膜制备方法，包括如下步骤：

1)将氧化石墨烯和聚乙二醇通过酯化反应形成氧化石墨烯-聚乙二醇，作为亲水材料备用；

2)将设定量氧化石墨烯-聚乙二醇溶于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，进行超声分散；