一种隔离膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种隔离膜，所述隔离膜依次由微孔滤膜、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、CeO2与ZrO2。本发明专利技术的复合膜主要用于隔离水分子与水中的各种离子，能够阻隔水中的盐离子，而让水分子通过，可用于污水处理领域。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，具体涉及一种隔离膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工农业生产的发展，水污染已经变成严重的问题，如何去除水中的各种离子，特别是污染离子，已经成为一个重要的课题。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105668839A提供了一种利用大型海藻处理重金属废水的工艺，包括以下工序：(1)废水预处理；(2)非活性大型海藻过滤池处理；(3)非活性大型海藻吸附池处理；(4)反渗透膜组件除去剩余重金属离子(5)达标排放，本专利技术的重金属废水处理工艺简单、成本较低，在反渗透工艺前分别设置非活性大型海藻过滤池和非活性大型海藻吸附池，可有效除去污水中的重金属离子、有机污染物和无机污染物，减轻了反渗透膜组件的污染负荷，减少膜组件的更换次数，并且防腐性能大大提高，可定期更换，不会造成二次污染。中国专利103657611A提供了一种用于水污染治理的纳米吸附材料，由重量百分比为30～55％的纳米电气石，20～35％的改性活性炭；10～20％的纳米凹土；8～22％的改性氧化石墨烯；1～5％的合成树脂复配而成。本专利技术采用纳米电气石、改性活性炭、改性氧化石墨烯、纳米凹土等纳米级材料和树脂材料复配，具有极大的比表面积、精细的三维结构和合适的表面吸附电荷，可作为微生物膜载体，发展出数量巨大、物种丰富、活性极高的微生物群落，并通过微生物的代谢作用高效降解废水中的有机物。同时本专利技术作为一种吸附材料，也可以有效吸附污水中的重金属、悬浮物，克服了传统吸附材料只能适用于单一场合的不足。
技术实现思路
专利技术目的：为了实现低成本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隔离膜。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种隔离膜的制备方法。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种隔离膜的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种隔离膜，所述隔离膜依次由微孔滤膜、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、CeO2与ZrO2。其中，上述隔离膜的厚度为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。上述的隔离膜的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液与ZrO2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、CeO2和ZrO2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3～10天，利用CeO2/ZrO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到隔离膜。其中，上述氧化石墨烯的水溶液质量体积浓度为5～50mg/L，ZrO2水溶液质量体积浓度为10～50mg/L，CeO2的水溶液质量体积浓度为5～30mg/L。其中，上述氧化石墨烯、CeO2的质量比为1：0.1～0.2，所述CeO2、ZrO2的质量比为1：0.5～1。上述的隔离膜在海水淡化方面的应用。本专利技术的隔离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CeO2/ZrO2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。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。本专利技术脱盐的效率高，去除率在98％以上。本专利技术采用CeO2/ZrO2作为催化剂，可以结合这两种材料能带结构的优点，弥补CeO2、ZrO2各自光学性能的不足，这样既有利于材料增大材料的对光的吸收波长的范围，同时，电子与空穴在不同材料能带上迁移，也有利于光生电子-空穴的传输与分离，将光的利用效率提高20％以上。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：隔离膜的制备1)将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液与ZrO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液质量体积浓度为50mg/L，CeO2水溶液质量体积浓度为10mg/L，ZrO2的水溶液质量体积浓度为15mg/L；氧化石墨烯、CeO2的质量比为1：0.15，CeO2与ZrO2的质量比为1：0.6；2)以平均孔径为0.32微米的PE微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2和ZrO2的混合溶液在负压下脱水，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6.8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CeO2/ZrO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为12微米的隔离膜。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98.4％，去除钠的效果为98.9％。本实施例的隔离膜通过测试光的利用效率提高23％。实施例2：隔离膜的制备1)将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液与ZrO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液质量体积浓度为5mg/L，CeO2水溶液质量体积浓度为5mg/L，ZrO2的水溶液质量体积浓度为10mg/L；氧化石墨烯、CeO2的质量比为1：0.2，CeO2、ZrO2的质量比为1：0.8；2)以平均孔径为2.8微米的氧化铝多孔膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2和ZrO2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0.5微米的PP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80℃条件下干燥14h；4)通过紫外光照射10天，利用CeO2/ZrO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为68微米的隔离膜。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99.1％，去除钠的效果为98.2％。本实施例的隔离膜通过测试光的利用效率提高24.8％。实施例3：隔离膜的制备1)将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液与ZrO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液质量体积浓度为25mg/L，CeO2水溶液质量体积浓度为20mg/L，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离膜，其特征在于，所述隔离膜依次由微孔滤膜、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、CeO2与ZrO2。

【技术特征摘要】
1.一种隔离膜，其特征在于，所述隔离膜依次由微孔滤膜、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、CeO2与ZrO2。2.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于，所述隔离膜的厚度为100nm～100μm。3.根据权利要求1所述的的隔离膜，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所述的隔离膜，其特征在于，所述氧化物为氧化铝。5.权利要求1~4任一项所述的隔离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液与ZrO2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、CeO2和ZrO2的混合溶液在负压下脱水，进而在微孔滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱浩，杨卫国，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32