一种含碳海水淡化膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含碳海水淡化膜，所述复合膜依次由微孔滤膜、含碳复合层和微孔滤膜三层组成，所述微孔滤膜的孔径为10nm～100μm，该微孔滤膜的材质是高分子、金属或氧化物，所述含碳复合层为含有部分还原的氧化石墨烯与CdS。本发明专利技术的复合膜由于两侧有两层微孔滤膜保护，力学性能高，可以保证含碳复合层难以被破坏。含碳复合层能够允许水分子通过，但是海水中的钠离子、钙离子、镁离子等通过率极低。本发明专利技术脱盐的效率高，去除率在98%以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子分离领域，具体涉及一种含碳海水淡化膜及其制备方法和应用。
技术介绍
海水淡化一直是科学研究与生产生活中的重要课题。例如，在我国南海的一些岛屿上，淡水直接影响到战士们的生存问题。当前海水淡化主要还是基于蒸馏的技术，例如有热多级闪蒸、热多效蒸馏等技术。中国专利技术专利105236610A公开了一种海水淡化集成设备，属于海水淡化处理领域，一体化设备包括海水储水箱、海水进水泵、保安过滤器、超滤膜组件、反洗水泵、中间水箱、中间水泵、浓水储箱、淡水储箱、极水储箱、浓水循环泵、淡水循环泵、极水循环泵、电驱动膜堆、整流器、高压泵、反渗透装置、计量泵、清洗泵、清洗箱、饮水箱、饮水龙头等装置；海水通过超滤装置可有效地截留其中的悬浮物、藻类和一些细菌等，其出水经中间水箱进入电驱动膜系统，产出的淡水在高压泵作用下通过反渗透膜后，达到饮用水标准，从而达到海水淡化的目的。该设备是一种一体化的海水淡化设备，有脱盐率高、产水量大、运行成本低、高效集成化和自动化等特点。中国专利104016496A提供了一种吸附分离低浓度金属离子和小分子污染物的水处理装置，包括中空纤维膜组件、动力泵、超声波分散器和污染物浓度在线监测仪等组件，装置分为污染物吸附系统和污染物脱附系统，其中污染物吸附系统由待处理液循环回路和吸附液循环回路组成，污染物脱附系统由待脱附吸附液循环回路和脱附液循环回路组成。本专利技术操作简单、运行成本低廉、处理效率高、吸附/脱附连续化、一体化，避免了吸附剂分离困难造成的二次污染。中国专利技术专利103395915A提供了一种具有RO膜的海水淡化设备工作流程。该专利技术方法包括：向流入沉砂池（1）的海水中加入NaCLO，经杂质过滤机（2）过滤后由水泵（3）将海水沿进水管抽至调整装置，海水从所述的调整装置流至集水箱（4）；此时海水流经逆渗透膜单元，水泵（3）将海水从所述的集水箱抽至药池（5）内，高压泵（6）将药池内的海水抽至逆渗透膜箱（7）后产生废水和淡水，此时废水经能量回收轮机（8）流至废水处理装置而淡水流至淡水箱（9），所述的淡水箱内的淡水流经管道过程中加入NaCLO，最后与地下水一起构成纯净水。该专利技术用于海水淡化或盐水淡化。采用薄膜反渗透技术进行海水淡化一直是人们的追求目标，因为这种方法成本低、灵活、能耗低。但是，目前薄膜反渗透技术中广泛使用的是有机聚胺膜，其耐化学性差、寿命短，过滤效果不高，限制了薄膜反渗透技术的发展。
技术实现思路
专利技术目的：为了实现低成本高效率地从海水中提取淡水，本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种含碳海水淡化膜。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种含碳海水淡化膜的制备方法。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种含碳海水淡化膜的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种含碳海水淡化膜，所述复合膜依次由微孔滤膜、含碳复合层和微孔滤膜三层组成，所述微孔滤膜的孔径为10nm～100μm，该微孔滤膜的材质是高分子、金属或氧化物，所述含碳复合层为含有部分还原的氧化石墨烯与CdS。其中，上述复合膜的厚度为100nm～100μm。其中，上述高分子为PP和/或PE材料。其中，上述氧化物为氧化铝。上述的海水淡化膜的制备方法，包括以下步骤：1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液均匀混合；2）以微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；3）将三明治结构的复合膜在40～80℃条件下干燥4～24h；4）通过紫外光照射 1～5 天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到海水淡化膜。其中，上述氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L。其中，上述氧化石墨烯、CdS的质量比为 1 ：0.1～0.2。上述的海水淡化膜在海水淡化方面的应用。本专利技术的海水淡化膜可以用于各种盐的脱除，特别适合应用在海水淡化领域。本专利技术采用微孔滤膜作为支架，隔离海水中微米级以上的颗粒，采用含碳复合层作为脱出海水中的各种盐离子。含碳复合层中的CdS作为光敏催化剂，在紫外光的照射下可以产生电子-空穴对，部分地还原氧化石墨烯，使之产生一种能够允许水分子通过但是能够隔离钠、镁、钾、钙等等离子的通道。只有调控出大小合适的通道尺寸，才能带来较好的过滤效果。有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的复合膜由于两侧有两层微孔滤膜保护，力学性能高，可以保证含碳复合层难以被破坏。含碳复合层能够允许水分子通过，但是海水中的钠离子、钙离子、镁离子等通过率极低。本专利技术采用CdS作为催化剂，对氧化石墨烯进行原位还原。本专利技术脱盐的效率高，去除率在98%以上，高于现有技术，实用性好。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作更进一步的举例说明。实施例1：海水淡化膜的制备1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为50mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为5mg/L；氧化石墨烯、CdS的质量比为 1 ：0.15；2）以平均孔径为0.01微米的PP微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为0.04微米的PE微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；3）将三明治结构的复合膜在40℃条件下干燥24h；4）通过紫外光照射 1天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为100纳米的海水淡化膜。配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.4%，去除钠的效果为98.3%。实施例2：海水淡化膜的制备1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5mg/L， CdS的水溶液体积质量浓度为10mg/L；氧化石墨烯CdS、的质量比为 1：0.2；2）以平均孔径为5.9微米的PE微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为0.2微米的PE微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；3）将三明治结构的复合膜在40℃条件下干燥4h；4）通过紫外光照射 3天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为0.58微米的海水淡化膜。配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.2%，去除钠的效果为98.3%。实施例3：海水淡化膜的制备1） 将氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为25mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为20mg/L；氧化石墨烯、CdS的质量比为 1：0.2；2）以平均孔径为62微米的PP微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含碳海水淡化膜，其特征在于，所述复合膜依次由微孔滤膜、含碳复合层和微孔滤膜三层组成，所述微孔滤膜的孔径为10nm～100μm，该微孔滤膜的材质是高分子、金属或氧化物，所述含碳复合层为含有部分还原的氧化石墨烯与CdS。

【技术特征摘要】
1.一种含碳海水淡化膜，其特征在于，所述复合膜依次由微孔滤膜、含碳复合层和微孔滤膜三层组成，所述微孔滤膜的孔径为10nm～100μm，该微孔滤膜的材质是高分子、金属或氧化物，所述含碳复合层为含有部分还原的氧化石墨烯与CdS。2.根据权利要求1所述的海水淡化膜，其特征在于，所述复合膜的厚度为100nm～100μm。3.根据权利要求1所述的的海水淡化膜，其特征在于，所述高分子为PP和/或PE材料。4.根据权利要求1所述的海水淡化膜，其特征在于，所述氧化物为氧化铝。5.权利要求1~4任一项所述的海水淡化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均匀混合；2）以微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：镇江市丹徒区硕源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32