[发明专利]一种具有分子分离性能的宏观薄膜

说明书

本发明公开了一种具有分子分离性能的宏观薄膜，将氧化石墨烯分散于水中形成氧化石墨烯分散液，然后以KCl、CaCl₂、MgCl₂、YCl₃等无机盐作为修饰剂对其进行阳离子修饰，并将修饰后的悬浊液进行减压过滤，即制得所述宏观薄膜。本发明宏观薄膜的制备方法简单，且其厚度、大小和形状可以通过改变原料的用量、减压过滤装置的形状和大小等进行调节，调节方式简单。该薄膜在分离乙醇‑水以及乙醇‑甲苯等互溶的混合溶剂中具有明显分离效果，在环境废水处理等相关领域中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种由纳米结构基元构建的对互溶的混合溶剂能够进行分离的宏观薄膜。

背景技术

膜是一种能够对多组分物质进行选择性分离的功能材料。近年来，无机薄膜材料越来越受到人们的关注，这是因为，首先，利用无机薄膜来对混合组份进行分离的过程属于典型的物理分离过程，分离过程中不需要加入化学添加剂，不仅能够保证产品不受污染，并且也能够保护薄膜本身的结构和性质的稳定性。其次，薄膜分离的过程一般只需要在常温下进行，不仅能保证有效成分损失少，而且分离过程所需能耗极低，与传统的冷冻浓缩法或者蒸发浓缩相比，膜分离过程所需的能耗仅为前者的1/3～1/8。再次，薄膜分离的过程工艺简单，易于操作和自动化控制。

基于上述膜分离技术的诸多优势，目前，膜分离过程已经得到世界各国的普遍认可和重视。尤其是在当今生态环境恶化、资源和能源严重短缺的状况下，膜分离技术显得更加尤为重要，因此，如何设计并制备出高选择性、高稳定性以及高通量的分离膜已经成为了人们21世纪研究的热点之一，以至于曾有科学家指出：谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的明天！

一般而言，薄膜分离过程的原理是基于被分离组分的分子尺寸与膜的孔径大小来实现的，尺寸小于薄膜孔径的分子透过薄膜，而尺寸大于薄膜孔径的分子则不能透过薄膜，即分子筛效应。然而，正是由于这一原理，使得薄膜分离过程也具有一定的限制，例如对于分子尺寸接近的两种组分分离效率不高。要克服这一缺陷进一步提高薄膜的分离性能，就必须从不同的原理出发，重新设计新型的薄膜。

氧化石墨烯作为一种天然的二维结构，是一种制备薄膜材料的理想结构基元。其片层中以及片层边缘所包含的各种含氧基团(羟基、羧基以及环氧基)使得氧化石墨烯具有相对活泼的化学性质，因此很容易进行化学改性。此外，其特殊的六元环结构所形成的大π体系使其具有高的电子云密度，很容易与外来的电性相反的离子进行作用。这些独特的性质都使得氧化石墨烯在薄膜分离领域具有优异的潜能。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在低能耗的条件下实现对互溶混合溶剂分子分离的宏观薄膜。

针对上述目的，本发明提供的具有分子分离性能的宏观薄膜由下述方法制备得到：将氧化石墨烯分散于水中形成氧化石墨烯分散液，然后以无机盐作为修饰剂其进行阳离子修饰，并将阳离子修饰后的悬浊液进行减压过滤，即制得所述宏观薄膜。

上述氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯的浓度为0.05～5mg/mL，优选氧化石墨烯的浓度为0.5～1.5mg/mL。

上述的修饰剂为NaCl、KCl、CaCl₂、Ca(NO₃)₂、MgCl₂、MnCl₂、YCl₃中任意一种，控制分散液中修饰剂的浓度为0.01～5mol/L，优选控制分散液中修饰剂的浓度为0.1～1mol/L。

上述减压过滤的压力为0.01～0.099MPa。

上述宏观薄膜的厚度为1～1000μm。

本发明的有益效果如下：