一种褶皱石墨烯纳滤膜制造技术

本发明专利技术公开了一种褶皱石墨烯纳滤膜，纳滤膜位于多孔支撑膜上，纳滤膜厚度可控性好，可以跨越4nm‑100nm，对通量和截留率有宽范围的调控性,且表面褶皱，极大的提高了石墨烯纳滤膜的渗透面积，进而提高了通量本发明专利技术所制备的纳滤膜水通量高、抗污性能好，具有对有机染料接近100％的截留率以及较高的脱盐率。本发明专利技术制备方法简单易行、可控性强、生产成本较低且无污染，因此在纳滤领域具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种褶皱石墨烯纳滤膜
本专利技术属于膜
，具体涉及一种褶皱石墨烯纳滤膜。
技术介绍
纳滤膜是一种截留分子量在200-1000Da之间的压力驱动的分离膜。纳滤技术具有低能耗、低投资、低维护成本、易操作、可靠性高和高通量的特点，它在很多场合可以取代反渗透，因此纳滤膜及纳滤技术已经在食品化工行业、医药行业、污水处理，脱盐工业等领域得到了广泛的应用。现有的纳滤膜多为复合结构薄膜，即在多孔支撑层上形成一层具有选择分离作用的聚合物皮层。而皮层大部分是用界面聚合的方法得到。这种纳滤膜制备方法过程中需要两种反应活性很高的单体在有机相与水相发生反应，因此其生产过程会产生一定的环境污染且所得到的纳滤膜往往具有抗污抗氯性能差等缺点。利用石墨烯非常大的宽厚比和氧化石墨烯在水中良好的分散性可以通过简单的真空抽滤法在多孔支撑层上得到石墨烯薄膜。石墨烯的发现者Geim课题组首次报道了这种石墨烯薄膜在分离领域具有非常诱人的应用前景后，石墨烯薄膜在分离膜领域的应用引起了全球广泛的关注。Adv.Funct.Mater.2013,23,3693–3700报道的石墨烯纳滤膜能够对有机染料有着>99％以上的截留率且对Na2SO2溶液也具有60％的截留率，这得益于石墨烯层间精确的层间纳米孔道以及氧化石墨烯表面丰富的负电荷。但是由于受限于渗透性与选择性的制约关系，现有报道的石墨烯纳滤膜的水通量都较低。纳滤膜是一种截留分子量在200-1000Da之间的压力驱动的分离膜。纳滤技术具有低能耗、低投资、低维护成本、易操作、可靠性高和高通量的特点，它在很多场合可以取代反渗透，因此纳滤膜及纳滤技术已经在食品化工行业、医药行业、污水处理，脱盐工业等领域得到了广泛的应用。现有的纳滤膜多为复合结构薄膜，即在多孔支撑层上形成一层具有选择分离作用的聚合物皮层。而皮层大部分是用界面聚合的方法得到。这种纳滤膜制备方法过程中需要两种反应活性很高的单体在有机相与水相发生反应，因此其生产过程会产生一定的环境污染且所得到的纳滤膜往往具有抗污抗氯性能差等缺点。利用石墨烯非常大的宽厚比和氧化石墨烯在水中良好的分散性可以通过简单的真空抽滤法在多孔支撑层上得到石墨烯薄膜。石墨烯的发现者Geim课题组首次报道了这种石墨烯薄膜在分离领域具有非常诱人的应用前景后，石墨烯薄膜在分离膜领域的应用引起了全球广泛的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对石墨烯纳滤膜水通量较低尤其是在高盐和高操作压力下水通量较低等问题，提供一种高通量，尤其是在高操作压力和高盐浓度下仍能保持较高通量的褶皱石墨烯纳滤膜。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种褶皱石墨烯纳滤膜，所述纳滤膜位于多孔支撑膜上，通过以下步骤获得：(1)在AAO基底膜上抽滤得到厚度不大于100nm的氧化石墨烯膜；(2)将表面贴合有石墨烯膜的AAO基底膜以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上；按压AAO基底膜，使得AAO基底膜下沉，石墨烯膜漂浮于水面。(3)用多孔支撑膜将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于多孔支撑膜表面，自然晾干。进一步地，所述步骤2中，按压位置为AAO基底膜的边缘。进一步地，所述步骤1中石墨烯的厚度为4nm。进一步地，所述AAO基底膜的表面的孔隙率不小于40％。进一步地，所述多孔支撑膜选自MCE膜、玻璃纤维滤膜、玻璃纤维滤膜(GF)、石英纤维滤膜(QZ)、聚碳酸酯滤膜(PC)、尼龙纤维滤膜(NL)、聚四氟乙烯滤膜(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、混合纤维素滤膜(MCE)、乙酸/醋酸滤膜(CA)、硝酸滤膜(CN)、再生纤维素滤膜(RC)、聚醚砜(PES)、陶瓷滤膜其中的一种。进一步地，所述多孔支撑膜为MCE膜。本专利技术与现有技术相比，具有诸多优势：1.该方法制备过程绿色、操作简便且成本较低，整个过程均在水相中进行，不涉及任何有机溶剂以及剧毒化学危险品；2.所制备的石墨烯纳滤膜厚度可控性好，可以跨越4nm-100nm，对通量和截留率有宽范围的调控性；3.所制备的石墨烯纳滤膜表面存在薄膜层面的面褶皱，极大的提高了石墨烯纳滤膜的渗透面积，进而提高了通量；4.制得的石墨烯膜所用的氧化石墨烯在室温下放置了3个月以上，具有很好的结构和化学稳定性。附图说明图1为AAO基底膜剥离石墨烯膜的流程示意图。图2为实施例1AAO基底膜剥离石墨烯膜的实验过程图。图3为对比例1MCE基底膜剥离石墨烯膜的实验过程图。图4为实施例1制得的石墨烯膜的原子力显微镜图。图5为实施例2制得的石墨烯膜的原子力显微镜图。图6为实施例3制得的石墨烯膜的原子力显微镜图。图7为为实施例1制备得到的石墨烯膜的扫描图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整均属本专利技术的保护范围。实施例1：如图1所示，通过控制石墨烯溶液的浓度，通过抽滤方法在AAO基底膜抽滤得到超薄的氧化石墨烯膜；将表面贴合有氧化石墨烯膜的AAO基底膜(孔隙率为40％)，以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上，如图1a和2a；按压AAO基底膜，如图2b，AAO基底膜开始下沉，如图2c，最后，AAO基底膜沉于杯底，石墨烯膜(虚线圈内)漂浮于水面，如图1b和2d。用MCE膜将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于MCE膜表面，自然晾干后，如图7所示，表面具有大量褶皱；通过原子力显微镜测试其厚度为4nm，如图4所示。经以上步骤，膜的纯水通量可达32L/m2hbar，对0.01mol/L的Na2SO4溶液截留率可达84％以上，对直接黄染料截留率可达92％以上。将膜在空气环境中放置3个月后，其纯水通量和截留率基本不变。实施例2：通过控制石墨烯溶液的浓度，通过抽滤方法在AAO基底膜抽滤得到超薄的还原氧化石墨烯膜；将表面贴合有氧化石墨烯膜的AAO基底膜(孔隙率为60％)，以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上，按压AAO基底膜边缘，AAO基底膜开始下沉，最后，AAO基底膜沉于杯底，石墨烯膜漂浮于水面，石墨烯膜成功剥离。用再生纤维素滤膜(RC)将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于基底表面，自然晾干后，得到表面褶皱的石墨烯膜，通过原子力显微镜测试其厚度为14nm，如图5所示。经以上步骤，膜的纯水通量可达28L/m2hbar，对0.01mol/L的Na2SO4溶液截留率可达92％以上，对直接黄染料截留率可达95％以上。将膜在空气环境中放置3个月后，其纯水通量和截留率基本不变。实施例3：通过控制石墨烯溶液的浓度，通过抽滤方法在AAO基底膜抽滤得到超薄的还原氧化石墨烯膜；将表面贴合有氧化石墨烯膜的AAO基底膜(孔隙率为60％)，以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上，按压AAO基底膜边缘，AAO基底膜开始下沉，最后，AAO基底膜沉于杯底，石墨烯膜漂浮于水面，石墨烯膜成功剥离。用乙酸/醋酸滤膜(CA)将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于基底表面，自然晾干后，得到表面褶皱的石墨烯膜，通过原子力显微镜测试其厚度为100nm，如图6示。经以上步骤，膜的纯水通量可达21L/m2hbar，对0.01mol/L的Na2SO4溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种褶皱石墨烯纳滤膜，其特征在于，所述纳滤膜位于多孔支撑膜上，通过以下步骤获得：(1)在AAO基底膜上抽滤得到厚度不大于100nm的氧化石墨烯膜。(2)将表面贴合有石墨烯膜的AAO基底膜以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上；按压AAO基底膜，使得AAO基底膜下沉，石墨烯膜漂浮于水面。(3)用多孔支撑膜将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于多孔支撑膜表面，自然晾干。

【技术特征摘要】
1.一种褶皱石墨烯纳滤膜，其特征在于，所述纳滤膜位于多孔支撑膜上，通过以下步骤获得：(1)在AAO基底膜上抽滤得到厚度不大于100nm的氧化石墨烯膜。(2)将表面贴合有石墨烯膜的AAO基底膜以石墨烯膜所在的面朝上，置于水面上；按压AAO基底膜，使得AAO基底膜下沉，石墨烯膜漂浮于水面。(3)用多孔支撑膜将漂浮于水面的石墨烯膜从下往上捞起，使得石墨烯膜平铺于多孔支撑膜表面，自然晾干。2.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于，所述步骤2中，按压位置为AAO基底膜的边缘。3.根据权利要求1所述的纳滤膜，其特征在于，所述步骤1中石墨烯的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，彭蠡，刘一晗，郭燕，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33