[发明专利]一种碳基纳滤膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种碳基纳滤膜及其制备和应用，一种碳基纳滤膜，由有机超滤基膜和膜表面活性层组成，其制备方法包括：S1、制备悬浊液；S2、制备氧化石墨烯粉末；S3、超声分散法处理氧化石墨烯分散液；S4、制备产品溶液；S5、超声分散法制备膜制备液；S6、预处理基膜；S7、制备碳基纳滤膜。与现有氧化石墨烯基纳滤膜相比，本发明具有机械强度高、不易破碎的特点，本发明可以在高盐溶液处理过程中保持更高的渗透通量及去除率。

技术领域

本发明涉及新型纳滤膜制备领域，尤其是涉及一种碳基纳滤膜及其制备和应用。

背景技术

自1980年以来，膜分离技术在食品工业、石油工业、化学加工工业、纸浆造纸工业、制药和电子工业等许多工业应用领域迅速兴起。在这些工业中，水处理是涉及膜分离技术的重要过程。

中国专利CN110354700A公开了一种聚合物石墨烯复合过滤膜，包括三维石墨烯基体、嵌于所述三维石墨烯基体中的聚合物、嵌于所述聚合物中的多个纳米颗粒、纳米纤维和/或依附于聚合物上的至少一层薄膜。该聚合物石墨烯复合过滤膜将聚合物过滤材料与石墨烯材料结合在一起，通过三维石墨烯对聚合物材料结构和功能进行扩展，改善了过滤膜的性能，但该专利采用的石墨烯亲水性较差，且在长期使用中无法保证稳定性。

中国专利CN104117292A公开了一种聚合物/无机纳米材料复合超滤膜的制备方法。通过如下步骤来实现：首先按质量份数取聚合物、溶剂、添加剂和无机纳米复合材料制备铸膜液，然后将铸膜液置于磁场中进行刮膜和凝固，最后将膜从凝固浴中取出，经洗涤、浸泡、干燥后即可制得聚合物/无机纳米材料复合超滤膜。所述无机纳米材料中一种选自氧化碳纳米管/Fe₂O₃、碳纳米管/γ-Fe₂O₃，但该专利添加了一种纳米颗粒，并不能很好的解决无机纳米粒子加入过程中对膜性能的负面影响，且使用有机溶剂作为铸膜液，无法很好的保证每张膜的均一性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳基纳滤膜及其制备和应用，着眼氧化石墨烯纳滤膜普遍关注的机械素质和污染物去除能力的提升，进行分子尺度的纳滤膜活性层改性，通过纳米粒子插层法改性氧化石墨烯，从而调控碳基纳滤膜的层间距、增大其抗污性能，纳米粒子选择多壁碳纳米管(MWCNT)、α-Fe₂O₃，利用这两种纳米粒子的协同作用，克服氧化石墨烯膜的不稳定性，从而制备一种能对抗膜污染问题和trade-off现象的高效碳基纳滤膜。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种碳基纳滤膜，包括有机超滤基膜和膜表面活性层，所述膜表面活性层附着于有机超滤基膜上，所述膜表面活性层为改性的氧化石墨烯片层。

进一步地，所述改性的氧化石墨烯片层为氧化石墨烯片层上负载多壁碳纳米管和α-Fe₂O₃纳米粒子。

进一步地，所述有机超滤基膜1材质为聚醚砜3。

上述更进一步地，所述聚醚砜3英文名称为Polyethersulfone，简称PES，平均孔径为0.22μm、最大孔径小于0.45μm。

本发明还提供一种碳基纳滤膜的制备方法，经多壁碳纳米管和α-Fe₂O₃纳米粒子负载在氧化石墨烯片层上得到改性的氧化石墨烯片层，改性的氧化石墨烯片层经自组装附着于有机超滤基膜上形成碳基纳滤膜。

进一步地，所述碳基纳滤膜的具体制备方法如下：

S1、制备悬浊液：将石墨粉、KMnO₄、K₂FeO₄、磷酸加入浓硫酸中，搅拌，再加入KMnO₄，搅拌，加入去离子水和过氧化氢，得到含氧化石墨烯粉末的悬浊液；