一种石墨烯陶瓷复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于过滤薄膜制备技术领域，具体涉及一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，以石墨为原料，通过充分的插层氧化制备氧化石墨烯，配置氧化石墨烯溶液；将氧化石墨烯溶液喷涂在微孔陶瓷的表面上；在高温、惰性气氛条件下进行还原，得到复合石墨烯的陶瓷过滤膜；本发明专利技术通过喷涂方式将氧化石墨烯溶液附着在陶瓷过滤薄膜的表面上，并在高温、惰性条件下将氧化石墨烯进行还原处理，形成复合石墨烯的陶瓷过滤膜，提高石墨烯与陶瓷过滤膜二者间的结合力，提高石墨烯复合陶瓷过滤膜的使用寿命；制备出的复合石墨烯陶瓷过滤膜使用寿命长、过滤分离效果显著提高、且制备方法简单及易于工业化生产，可广泛应用于海水淡化或者污水处理技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，属于过滤薄膜制备

技术介绍
水资源是人类赖以生存的基本物质，但随着全世界工业化的不断发展与进步，水资源污染的现象越来越严重，人类面临水资源的危机已成为可不争辩的事实，特别是我国人口众多，水资源分布不均， 缺水日益严重。虽然政府已经加大了对环境保护和污水处理的投入，但我国水污染形势仍然非常严峻，各项污染物排放总量很大，污染程度仍处于相当高的水平。因此，如何高效利用水资源始终是目前研究的重点和热点。目前，对于污水处理的方法，通常采用陶瓷膜进行过滤处理，陶瓷膜因其强度高、且耐化学腐蚀，清洗再生性能好，兼备有高效过滤与精密过滤的双重优点在海水淡化和污水处理中有着极为重要的应用。但是陶瓷膜处理污水过程中，易碎机械强度还是达不到要求，使用寿命短。石墨烯作为碳材料的新一员，自从2004年被成功制备出来之后就因其表现出来的各种优异的特性而引起了科研人员的极大关注。石墨烯作为碳材料中比表面积最高的一员，其比表面积约为2630m2/g，加上其卓越的化学稳定性和超高的机械强度使其在吸附过滤领域方面有着极大的潜力。因此，研究如何将石墨烯与陶瓷薄膜结合起来应用于水处理领域，来提高陶瓷薄膜处理污水的效果是十分重要的课题。为解决上述技术问题，中国专利文献CN 102908908公开了一种采用氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜的方法，以石墨为原料制备氧化石墨烯，将氧化石墨烯分散成固含量为0.01~0.1wt%的水溶液，陶瓷微滤膜真空浸渍在氧化石墨烯溶液中，烘干即得到氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜，该专利技术通过将氧化石墨烯浸渍在陶瓷滤膜上并将其干燥，利用氧化石墨烯的性能提高陶瓷微滤膜的分离效率，延长陶瓷滤膜的使用寿命。上述专利文献公开的氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜，浸渍在陶瓷滤膜上的氧化石墨烯干燥后，在过滤水时，水对陶瓷滤膜不断施加一定的冲击力，陶瓷膜与其上的氧化石墨烯仅靠分子之间的力进行结合，不可避免地容易脱落，且氧化石墨烯在水溶液介质中很容易溶解，导致陶瓷滤膜的过滤效率还是很低；此外，制备方法过程中，氧化石墨烯通过浸渍在陶瓷滤膜上，浸渍方式容易堵塞陶瓷滤膜上的微孔。。
技术实现思路
因此，专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中氧化石墨烯修饰陶瓷滤膜过滤效率低、二者之间的结合力低以及陶瓷滤膜微孔易堵塞的缺陷，从而提供一种过滤效率高的复石墨烯合陶瓷滤膜。为此，本专利技术提供一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，包括以下步骤：以石墨为原料，通过充分的插层氧化制备氧化石墨烯，并配置氧化石墨烯溶液；将氧化石墨烯溶液涂在微孔陶瓷过滤膜的表面上，形成氧化石墨烯薄膜层；在高温、惰性气氛条件下进行还原或者化学还原得到复合石墨烯的陶瓷过滤膜。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述氧化石墨烯的尺寸大小为2～10um。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～10mg/ml。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述插层氧化制备氧化石墨烯，先将氧化石墨烯冻干得到固体氧化石墨烯，再将固体氧化石墨烯溶解在溶剂中，形成氧化石墨烯溶液。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述溶剂为醇类溶液、烷烃类溶液、水溶液中任意一种或者三种以任意比例配合的混合液。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述醇类溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的任意一种；所述烷烃类溶液为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、正丁醇甲烷中的任意一种。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述将氧化石墨烯涂在微孔陶瓷表面的方法为喷涂法、沉积法、提拉法中任意一种，将所述氧化石墨烯溶液附着在陶瓷过滤膜上，并形成氧化石墨烯层。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述氧化石墨烯高温还原的惰性气氛为氮气、氩气、氖气中的任意一种；所述氧化石墨烯还原的温度为1200～1500℃，还原时间为24～48h。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述惰性气体的流速为10～60mL/min；所述氧化石墨烯还原温度为1350～1450℃；还原温度升温速率为2～8℃/min，所述还原时间为30～44h。上述复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法中，所述化学还原采用在还原剂溶液中还原，或在还原剂的蒸汽进行还原；所述化学还原剂为水合肼、氢碘酸、硼氢化钠中的任意一种；所述还原剂蒸汽还原的温度为50 ~90℃，还原时间为12~72h；所述还原剂溶液还原的时间为1~5h。本专利技术的一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法具有以下优点：1.本专利技术的一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，通过将氧化石墨烯先冻干，再将其溶解成溶液，并超声形成均匀分散的氧化石墨烯溶液，通过喷涂方式代替现有技术中的浸渍方式，将氧化石墨烯溶液附着在陶瓷过滤薄膜的表面上，并形成氧化石墨烯薄层，避免现有技术中浸渍方式堵塞陶瓷过滤膜的微孔，从而提高陶瓷过滤薄膜的过滤分离效率。2. 本专利技术的一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，通过将附着在陶瓷过滤膜表面上的氧化石墨烯在高温、惰性条件下或用化学还原剂进行还原处理，将氧化石墨烯还原成石墨烯，形成复合石墨烯的陶瓷过滤膜，提高石墨烯与陶瓷过滤膜二者间的结合力，提高石墨烯复合陶瓷过滤膜的使用寿命；同时通过控制还原温度，来还原氧化石墨烯，还原温度不能过高，过高会导致陶瓷过滤膜易碎，温度也不能过低，温度过低会导致氧化石墨烯无法还原成石墨烯，且与陶瓷过滤膜之间的结合力不牢固，从而影响陶瓷过滤膜的使用性能。因此，本专利技术提供的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，制备出的复合石墨烯陶瓷过滤膜使用寿命长、过滤分离效果显著提高、且制备方法简单及易于工业化生产，可广泛应用于海水淡化或者污水处理
附图说明图1是实施例1提供的陶瓷（左）和氧化石墨烯复合陶瓷过滤膜（右）实物图。图2是实施例1提供的复合石墨烯陶瓷过滤膜的实物图。图3是实施例1提供的未涂覆石墨烯陶瓷过滤膜的SEM图谱。图4是实施例1提供的经过高温还原的石墨烯复合陶瓷过滤膜。具体实施方式实施例1氧化石墨烯的制备：预先微波处理100目的可膨胀石墨，然后先后加入浓硫酸和高锰酸分别在30℃、60℃、90℃温度条件下充分反应，充分插层得到氧化石墨烯，并分别在去离子水、1mol/ml的盐酸溶液中高速离心洗涤制得氧化石墨烯溶胶，再经冷冻干燥3天，制备出固态状氧化石墨烯；用体积比为3：1的甲醇和水的混合液作为溶剂，配制浓度为1.5mg/ml的氧化石墨烯溶液，并在超声波中超声40min，充分形成分散均匀的氧化石墨烯溶液。喷涂氧化石墨烯的陶瓷过滤膜：利用喷枪并连接氮气，将配置好的1.5mg/ml的氧化石墨烯溶液在陶瓷过滤膜内表面上均匀的喷涂，先喷涂一层，待干燥后再喷涂下一层，通过控制喷涂氧化石墨烯的层数来调节氧化石墨烯溶液的厚度，根据需求喷涂不同厚度的氧化石墨烯，干燥后得到喷涂氧化石墨烯层的陶瓷过滤膜。复合石墨烯的陶瓷过滤膜：将上述喷涂氧化石墨烯层的陶瓷过滤膜放入管式炉中，管式炉中石英管内通入流速为10mL/min氮气，在升温速率为2℃/min将石英管内温度升至1200℃，恒温条件下还原24h氧化石墨烯，最后得到复合石墨烯的陶瓷过滤膜。本实施例将氧化石墨烯喷涂陶瓷过滤膜、复合石墨烯的陶瓷过滤膜实物图分别如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，包括以下步骤：以石墨为原料，通过充分的插层氧化制备氧化石墨烯，并配置氧化石墨烯溶液；将氧化石墨烯溶液涂在微孔陶瓷过滤膜的表面上，形成氧化石墨烯薄膜层；在高温、惰性气氛条件下进行还原或者化学还原得到复合石墨烯的陶瓷过滤膜。

【技术特征摘要】
1.一种复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，包括以下步骤：以石墨为原料，通过充分的插层氧化制备氧化石墨烯，并配置氧化石墨烯溶液；将氧化石墨烯溶液涂在微孔陶瓷过滤膜的表面上，形成氧化石墨烯薄膜层；在高温、惰性气氛条件下进行还原或者化学还原得到复合石墨烯的陶瓷过滤膜。2.根据权利要求1所述的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯的尺寸大小为2～10um。3.根据权利要求1或2所述的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～10mg/ml。4.根据权利要求1-3任一所述的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：所述插层氧化制备氧化石墨烯，先将氧化石墨烯冻干得到固体氧化石墨烯，再将固体氧化石墨烯溶解在溶剂中，形成氧化石墨烯溶液。5.根据权利要求4所述的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为醇类溶液、烷烃类溶液、水溶液中任意一种或者三种以任意比例配合的混合液。6.根据权利要求5所述的复合石墨烯的陶瓷过滤膜的制备方法，其特征在于：所述醇类溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的任意一种；所述烷烃类溶液为甲烷、乙烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：于有海，彭莉，闵永刚，苑春秋，莫申斌，
申请(专利权)人：于有海，
类型：发明
国别省市：辽宁;21