[发明专利]一种制备疏水石墨烯膜的方法

说明书

本发明涉及一种制备疏水石墨烯膜的方法。通过插层纳米颗粒增强石墨烯膜的层间孔道及表面粗糙度，再经过长链烷烃处理，以获得疏水石墨烯膜。该方法能有效的改善氧化石墨烯的表面粗糙度及疏水性，制备工艺简单，便于实现疏水石墨烯膜在膜蒸馏过程中的有效脱盐及抗污染性能。

技术领域

本技术属于新材料设计与应用研究领域，涉及一种使用纳米颗粒插层，增大膜的层间通道和表面粗糙度，以及疏水改性的方法，具体涉及一种制备疏水石墨烯膜的方法，有望应用于膜蒸馏脱盐领域。

背景技术

在膜分离中，膜蒸馏技术能够有效地用于海水淡化领域中的浓盐水处理，具有操作条件温和、理论截留率高等优势。二维石墨烯，具有径向传热速率低、阻碍大分子污染物透过的纳米传质通道及本征疏水的特征，是一种理想的膜蒸馏膜材料。石墨烯片层之间的作用力及与支撑体的作用力较弱，成膜性较差，而氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团，易于成膜。但是氧化石墨烯的亲水性、有限的纳米多孔性限制了氧化石墨烯在膜蒸馏脱盐领域的实际应用。因此，急需研究一种有效的制备纳米多孔疏水的石墨烯膜的方法，以进一步用于膜蒸馏脱盐。

发明内容

本发明的目的是为了应对现有石墨烯材料在膜蒸馏脱盐中存在的问题，提供一种制备疏水石墨烯膜的方法。

本发明的技术方案为：一种制备疏水石墨烯膜的方法，其具体步骤如下：

(1)石墨烯分散液的配制：将氧化石墨烯加入到水中，经过搅拌、超声后得到均匀分散的水分散液；

(2)纳米颗粒分散液的配制：将纳米颗粒加入到水中，经过搅拌、超声后得到均匀分散的纳米颗粒分散液；

(3)疏水改性剂的配制：将疏水改性剂、水、乙醇按比例混合，搅拌均匀后得到水解的疏水改性剂溶液；

(4)粗糙石墨烯膜的制备：在步骤(1)配制的石墨烯分散液中加入一定质量的步骤(2)配制的纳米颗粒分散液，搅拌均匀，采用真空抽滤法沉积在支撑体上形成纳米膜，烘干后待用；

(5)疏水石墨烯膜的制备：将步骤(4)制备的膜浸泡在步骤(3)配制的疏水改性剂中一段时间后，清洗膜表面，再经热处理成膜。

优选步骤(1)中所述的石墨烯分散液中氧化石墨烯材料的质量百分浓度为0.0001～0.0005％。

优选步骤(2)中所述的的纳米颗粒为氧化硅、氧化铁或氧化锌。

优选步骤(2)中所述的的纳米颗粒的粒径为100～800nm。步骤(2)中纳米颗粒保证在水中分散均匀即可。

优选步骤(3)中所述的疏水改性剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或十八烷基三甲氧基硅烷。

优选步骤(3)中所述的疏水改性剂质量百分浓度为1.5～3.5％，水的质量百分浓度为0.3～2％，乙醇的质量百分浓度为94.5～98.2％。

优选步骤(4)中纳米颗粒分散液的加入量为控制纳米颗粒的质量百分浓度为0.0001～0.0005％。

优选步骤(4)中所述的支撑体为聚丙烯腈、聚碳酸酯或聚偏氟乙烯。

优选步骤(5)中所述的膜浸泡时间为2～8h。优选步骤(5)中所述的热处理温度为60～100℃，热处理时间为2～8h。

有益效果：

本发明方法采用纳米颗粒插层石墨烯片层，得到表面粗糙、层间孔道增大的石墨烯膜，再采用硅烷改性的方法，得到疏水增强的石墨烯膜，所制备的疏水石墨烯膜在处理浓盐水、含有表面活性剂(十二烷基硫酸钠)及含有有机污染物(腐殖酸)的浓盐水中，具有较高的分离性能。本发明制备工艺简单，有利于实现氧化石墨烯材料在水处理，尤其是海水淡化中的实际应用。

附图说明