[发明专利]一种复合交联氧化石墨烯膜的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种复合交联氧化石墨烯膜的制备方法及其产品，制备方法以3‑氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液改性多孔陶瓷支撑体表面，以脒基硫脲和氨基硫脲改性氧化石墨烯分散液；然后采用制膜工艺，制备多孔陶瓷支撑体担载的复合交联氧化石墨烯膜产品。本发明制备工艺简便、成本低廉，所制得的复合交联氧化石墨烯膜具有优良的抗溶胀性，同时膜层与多孔陶瓷支撑体表面结合强度高、稳定性强，并具有优异的渗透性能，有效解决了现有技术氧化石墨烯膜渗透通量低和稳定性差的问题，有利于推动膜技术的应用和发展。

技术领域

本发明涉及膜材料技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯膜的制备方法及其产品。

背景技术

近年来，氧化石墨烯作为一种新型高性能膜材料，因其具有亲水性优、层间距可调、易改性修饰、耐侵蚀等诸多优势而备受关注，已在固液分离、液体分离和气体分离等诸多领域展现出巨大的应用前景。就氧化石墨烯膜而言，由于氧化石墨烯片层具有的羧基和羟基在水中易电离而使层间荷负电，进而导致片层间产生较强的静电排斥作用，从而诱发膜层溶胀剥落，最终导致膜功能完全丧失而无法使用，而该现象业已成为当前氧化石墨烯膜技术中亟待解决的关键问题。

现阶段，为了有效解决氧化石墨烯膜在水中溶胀剥落的稳定性问题，通常基于静电力作用原理，将氧化石墨烯进行部分还原，通过降低表面含氧官能团数量降低片层间静电斥力，或者借助金属阳离子的掺杂混合，削弱膜层间静电斥力的同时借助于“金属阳离子-π键”作用来提高膜层间结合稳定性。虽然借助静电力作用能在一定程度上缓解膜层溶胀效应，但同时也会导致氧化石墨烯表面官能团的缺失和膜层间距的降低，终将对膜分离性能产生较强的负面影响。因此，结合膜在水处理过程中，长时间运行稳定性的实际迫切需求，研究开发一种与无机支撑体表面结合强度高、成本低、抗溶胀、稳定性优的新型复合交联氧化石墨烯膜产品，具有十分重要的实践意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简便、成本低廉、性能优异的复合交联氧化石墨烯膜的制备方法，以获得与多孔陶瓷支撑体结合强度高、抗溶胀、渗透性能优异的复合交联氧化石墨烯膜。本发明的另一目的在于提供利用上述复合交联氧化石墨烯膜的制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种复合交联氧化石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将多孔陶瓷支撑体表面在3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中浸涂后，采用去离子水清洗多孔陶瓷支撑体表面，然后进行热处理，得到表面改性的多孔陶瓷支撑体；

(2)取浓度为0.2～0.5mg/mL的氧化石墨烯分散液；以脒基硫脲、氨基硫脲和去离子水组成的混合溶液为改性溶液，其中，按照质量比脒基硫脲∶氨基硫脲＝3～6∶1，改性溶液中脒基硫脲和氨基硫脲混合物的浓度为0.5～1.5mg/mL；按照体积比改性溶液∶氧化石墨烯分散液＝1∶5～25进行混合并搅拌均匀后，得到改性氧化石墨烯涂膜液；

(3)采用制膜工艺将所述改性氧化石墨烯涂膜液涂敷在表面改性的多孔陶瓷支撑体的表面，经过热处理，即得到复合交联氧化石墨烯膜。

进一步地，本发明所述步骤(1)中3-氨基丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液的浓度为5～15mg/mL，浸涂时间为3～5秒，热处理温度为40～60℃，热处理时间为1～2小时。所述步骤(3)中热处理温度为60～80℃，热处理时间为1～3小时。

上述方案中，本发明所述多孔陶瓷支撑体的材质为氧化铝、氧化钛、氧化锆、高岭土、堇青石或莫来石。所述步骤(3)中制膜工艺为真空抽滤法、喷涂法或旋涂法。

利用上述复合交联氧化石墨烯膜的制备方法制得的产品，所述复合交联氧化石墨烯膜的纯水渗透通量为130～160L·m^-2·h^-1·bar^-1，且该膜在水中浸泡180天或连续运行48小时后，均未发现任何剥离脱落现象。