[发明专利]一种大面积氧化石墨烯薄膜的制备方法及反渗透组件

说明书

本发明提供一种大面积氧化石墨烯薄膜的制备方法及反渗透组件，本发明以石墨粉末为原料制备氧化石墨烯的分散液；在氧化石墨烯的分散液中添加交联剂和物理插层纳米颗粒，以提高氧化石墨烯的稳定性和渗透性能；提高了海水淡化膜的机械性能和稳定性。本发明的基于大面积氧化石墨烯薄膜的碟管式反渗透海水淡化膜组件包括膜壳、膜壳内部的膜芯和膜壳两端的上、下法兰；膜芯包括若干叠加组合的导流盘，导流盘内焊接有氧化石墨烯反渗透膜片。本发明提供了一种适用于大面积氧化石墨烯膜的反渗透海水淡化膜组件形式，推动了氧化石墨烯膜在反渗透海水淡化工业领域的应用发展。

技术领域

本发明属于水处理设备技术领域，具体涉及一种大面积氧化石墨烯薄膜的制备方法及反渗透组件。

背景技术

当前淡水资源匮乏日益严重，已成为全球性的环境问题，而海水淡化则是一种最具前景的解决方法。从能量转换角度来讲，海水淡化是将其他能源(如热能、机械能、电能等)转化为盐水分离能的过程。海水淡化的目的在于将海水里面的溶解性矿物质盐分、有机物、细菌和病毒以及固体等杂质分离出来，从而获得水质达到可以日常使用水平的淡水。国际通用的水质衡量标准是为溶解性固体总量(TDS)，也称为矿化度，一般将TDS小于1000mg/L的水定义为淡水，这也是世界卫生组织所规定的饮用水标准。

分离膜在膜辅助水处理工艺中起着关键作用，决定了技术的经济效益。分离膜技术目前被认为是最主要的膜辅助脱盐技术和方法；由于其有效的脱盐效率和合理的能源消耗，正在不断取得重大进展。

反渗透因其投资成本和产水能耗低的优势，代表未来淡化技术的主流发展方向，而其技术进步依赖于膜分离技术的发展。开发出具有高比表面积、高渗透率、高选择性、高化学稳定性、良好的抗污性能且成本低廉、可大面积制备的分离膜必将带来巨大的经济效益，意义深远。

碟管式膜技术作为一种新颖的膜组件形式，目前已经广泛应用于污水处理领域。目前碟管式反渗透(DTRO)膜相较于传统的卷式反渗透(RO)膜，由于其水力流态好，流道通畅，结构灵活，目前已经广泛应用于污水处理领域。但是DTRO膜盐截留率高，并且有机膜容易产生膜污染，因此膜片的寿命较低，并且产生的有机无机混合浓水难处理，不利于进一步分盐。

石墨烯是一种仅由碳原子组成的六角形蜂巢晶格的二维纳米材料结构。自从发现以来，由于其具有卓越的力学、光学、电学、热学性能而引起广泛的关注和研究。氧化石墨烯(GO)是石墨烯对应的氧化物，是在石墨烯片层上衔接上羟基、羧基、羰基和环氧基等含氧官能团。正因为氧化石墨烯片层中含有大量的官能团，使得氧化石墨烯片层与片层之间可以通过氢键作用等自组装堆叠形成了宏观尺寸的膜材料。然而，针对大规模的工业应用，现有的实验室规模的氧化石墨烯膜的尺寸以及性能无法满足其在工业海水淡化设备中的应用。因此，制备出大面积高性能的氧化石墨烯膜并开发出相应的膜组件是至关重要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种大面积氧化石墨烯薄膜的制备方法以及一种结构简单紧凑、海水淡化效率高、产水率高、出水效果好、能耗低的基于大面积氧化石墨烯膜的海水淡化反渗透膜组件。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种大面积氧化石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)以石墨粉末为原料制备氧化石墨烯的分散液；

(2)在氧化石墨烯的分散液中添加交联剂和物理插层纳米颗粒，以提高氧化石墨烯的稳定性和渗透性能；

(3)采用刮涂、棒涂或者喷涂将氧化石墨烯的分散液均匀分散在基底表面制成氧化石墨烯膜；

(4)将氧化石墨烯薄膜在高温烘干；氧化石墨烯薄膜在高温烘干时在空气或者保护气氛中进行。

步骤(1)所述的氧化石墨烯的分散液为去离子水相分散液或者有机相分散液，氧化石墨烯的分散液浓度控制在1-30mg/mL。