[发明专利]一种锌离子功能化石墨烯填充杂化膜及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种锌离子功能化石墨烯填充杂化膜及制备方法和应用。该膜是由聚醚嵌段酰胺共聚物和锌离子功能化石墨烯共混而成。其制备过程包括：先合成氧化石墨烯，然后用多巴胺对氧化石墨烯进行修饰，再络合上金属锌离子，从而得到锌离子功能化的石墨烯；配制聚醚嵌段酰胺共聚物溶液；将锌离子功能化的石墨烯填充到该聚醚嵌段酰胺共聚物溶液中制得铸膜液，室温下干燥成膜。本发明的优点在于，该杂化膜在温和环境下进行制备，绿色安全。实验方法简单可控，填充剂分散性良好，具有良好的机械稳定性和长期操作稳定性，用于CO2/CH4体系分离，能够在干燥环境中表现出良好的CO2分离性能。 1

主权项

1.一种锌离子功能化石墨烯填充杂化膜的制备方法，该杂化膜的组分及质量分数为：97.5％‑99.5％的聚醚嵌段酰胺共聚物，余量为锌离子功能化的石墨烯，所述锌离子功能化的石墨烯中锌离子在功能化石墨烯中的质量分数为34.2％；该杂化膜的厚度为85‑100μm；其特征在于：该杂化膜按照以下步骤制备：

步骤一、锌离子功能化的石墨烯的制备：

采用Hummer法合成氧化石墨烯，并经冻干得到氧化石墨烯纳米片；

称取一定量的氧化石墨烯纳米片，置于去离子水中超声分散2h，得到质量体积比为10mg/mL的氧化石墨烯溶液；取一定量的多巴胺粉末加入到pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，获得质量体积比为2mg/mL的多巴胺溶液；然后取一定量的质量体积比为10mg/mL的石墨烯溶液添加到上述多巴胺溶液中，其中，石墨烯溶液与多巴胺溶液体积比为5：1；先超声30分钟，再机械搅拌24小时；离心水洗3次后冻干，得到多巴胺包覆的石墨烯片，记作GO‑DA复合颗粒；

配制摩尔浓度为0.1‑0.5mol/ml的ZnCl₂水溶液，将一定量的GO‑DA复合颗粒加入到去离子水超声分散得到质量体积比为5mg/ml的GO‑DA分散液，将上述GO‑DA分散液加入到上述ZnCl₂水溶液中，其中，GO‑DA分散液与ZnCl₂水溶液的体积比为1：2，磁子搅拌24小时，然后离心水洗3次后冻干，得到锌离子功能化的石墨烯片，记作GO‑DA‑Zn²⁺复合颗粒；

步骤二、锌离子功能化石墨烯填充杂化膜的制备：

首先，将一定量的聚醚嵌段酰胺共聚物加入到质量比为70％的乙醇水溶液中，在80℃下回流搅拌2小时得到质量比为5％的聚醚嵌段酰胺共聚物溶液；

然后，将一定量的步骤一制得的GO‑DA‑Zn²⁺复合颗粒先在少量水中超声分散，再加入到上述聚醚嵌段酰胺共聚物溶液中，其中，聚醚嵌段酰胺共聚物的质量分数为97.5％‑99.5％，磁子搅拌2小时，制得铸膜液；

最后，将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂自然挥发24小时，随后在45℃真空箱中干燥24小时，得到锌离子功能化石墨烯填充的聚醚嵌段酰胺共聚物杂化膜，记作Pebax/GO‑DA‑Zn²⁺杂化膜。