一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法技术

本发明专利技术提供的是一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法。(1)先将氧化石墨烯在强极性有机溶剂中，超声分散制成均匀分散液；(2)将制膜原料的有机溶剂加入到所述分散液中；(3)将添加剂、制膜依次加入到步骤(2)得到的分散液中搅拌至完全溶解，制成铸膜液；(4)将铸膜液在真空干燥箱中充分脱泡后，倒在铺有支撑层的玻璃板上，刮膜；(5)浇膜后铸膜液在空气中挥发后，放入凝固浴中；(6)将膜片与玻璃板分离，将膜片放入到纯水中浸泡；(7)将上述充分浸泡的膜自然干燥后得到正渗透膜。通过本发明专利技术的方法制得的改性正渗透膜具有较好的亲水性和水通量，抗污染能力强，降低膜的清洗费用、大大延长膜的使用寿命，而且机械性能提高很多。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一生中分离膜的制备方法，具体涉及一种采用氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法。
技术介绍
正渗透膜分离技术是一种新兴技术，该技术利用自然界的渗透现象，来缓解未来水和能源的压力，被誉为国际上最前沿、最具潜力的净水和脱盐技术。正渗透是指水从较低渗透压溶液一侧通过选择透过性膜流向较高渗透压一侧的过程。正渗透膜分离技术正是以正渗透膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，使得水能自发地从低浓度一侧透过选择透过性膜到达高浓度—侧。正渗透技术已经应用到海水淡化、高盐废水处理、能源发电等过程中。在水处理领域，正渗透具有如下显著地优点：(1)与传统的压力驱动膜(微滤、超滤、纳滤、反渗透)不同，正渗透膜分离水分子无需外加水压即可从原料液中分离，具有更低的膜污染趋势，研究表明正渗透膜经简单冲洗，即可恢复较高的水通量；(2)正渗透过程具有较高的截留能力，研究表明海水中大部分盐离子，污水中的磷酸盐、有机微污染物都能被正渗透膜有效截留；采用相同的半渗透膜，正渗透运行方式下的截留能力高于反渗透；(3)正渗透膜可以利用溶液的渗透压差作为制水的驱动力，这为利用一些具有高渗透压的廉价液体(如海水、反渗透浓水等)来进行水处理提供了新的途径。目前正渗透技术已经在海水淡化、污水处理与回用、物料浓缩等领域得到了大量研究探讨，表现出来诱人的前景。正渗透分离技术的关键是高效的正渗透膜，但作为一种新近发展起来的膜材料，正渗透膜合成技术还不成熟。正渗透技术的特点要求正渗透膜应该具有亲水性，这样能够降低水渗透过膜分离材料的阻力，同时也希望正渗透膜具有较好的机械强度，能够使制备的膜分离层比较薄，过滤阻力低，但在使用中不易破损。因此，使正渗透膜具有较好的亲水性和机械强度是正渗透膜改性中追求的目标。CN102580562A的专利文件中公开了“一种聚偏氟乙烯复合醋酸纤维素正渗透膜的制备方法”、CN103301758A的专利文件中公开了“一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法”和CN104548968A的专利文件中公开了“一种Kevlar纳米纤维复合正渗透膜及其制备方法与应用”，上述制备正渗透膜的方法均属于界面聚合，内浓差极化大、通量不稳定、强度低。本专利技术区别于界面聚合法，采用相转化法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高正渗透膜的亲水性及机械强度，从而提高制备的正渗透膜的使用性能的氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)先将GO在强极性有机溶剂中，在超声条件下分散10～100分钟，制成均匀分散液；(2)将制膜原料的有机溶剂加入到所述分散液中，搅拌形成GO分散均匀的分散液；(3)将添加剂、制膜依次加入到步骤(2)得到的分散液中，在40℃～90℃的温度下连续搅拌6小时以上至完全溶解，制成氧化石墨烯均匀分散的铸膜液；(4)将所述铸膜液在真空干燥箱中充分脱泡后，倒在铺有支撑层的玻璃板上，用刮膜机进行刮膜；(5)浇膜后铸膜液在空气中挥发5～100秒后，放入凝固浴中，凝固浴温度为10℃～60℃；(6)将膜片与玻璃板分离，将膜片放入到纯水中浸泡6小时以上；(7)将上述充分浸泡的膜自然干燥后得到正渗透膜。本专利技术还可以包括：1、所述强极性有机溶剂为二甲基乙酰胺(DMAC)或二甲基甲酰胺(DMF)。2、所述制膜原料的有机溶剂为丙酮、1，4-二氧六环或二者的混合物。3、所述制膜原料为三醋酸纤维素(CTA)、醋酸纤维素(CA)或二者的混合物；所述添加剂为乳酸、甲醇或二者的混合物。4、所述支撑层为无纺布或聚酯筛网。5、凝固液采用超纯水、10％～30％的酒精溶液或10％～30％的有机溶剂的水溶液。本专利技术可以有如下组合方式：1、一种氧化石墨烯平板三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜，制膜原料为三醋酸纤维素、制膜原料的有机溶剂为丙酮和1，4-二氧六环、添加剂为乳酸和甲醇、强极性有机溶剂为二甲基乙酰胺，各组分的重量百分数如下：2、一种氧化石墨烯平板醋酸纤维素(CA)正渗透膜，制膜原料为醋酸纤维素、制膜原料的有机溶剂为丙酮、添加剂为乳酸和甲醇、强极性有机溶剂为二甲基乙酰胺，各组分的重量百分数如下：3、一种氧化石墨烯平板醋酸纤维素(CA)+三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜，制膜原料为三醋酸纤维素和醋酸纤维素、制膜原料的有机溶剂为丙酮和1，4-二氧六环、添加剂为乳酸和甲醇、强极性有机溶剂为二甲基乙酰胺，各组分的重量百分数如下：制膜过程中的主要运行参数如下：正渗透膜分离过程均采用活性层朝向汲取液(PRO)模式。膜测试过程中汲取液为2M的葡萄糖，原料液为0.2M的氯化钠。氧化石墨烯(GO)是一种由单层碳原子构成的呈蜂窝状的二维平面薄膜，它的化学成分主要是由碳原子和极性含氧集团构成。GO具有和石墨烯相似的二维平面结构，不同的是GO由于氧化作用在碳骨架的表面上引入了大量的极性含氧官能团，如-O-、-COOH、-OH等(图1为实验室制得的氧化石墨烯红外光谱图)，这些含氧官能团的存在增加了GO结构的复杂性.GO层与层间通过大量的氢键相连,二维平面结构中以较强共价键相连,这种结构使其具有极强的亲水性。同时氧化石墨烯二维的网状结构特点使其在添加到复合材料中时，会与聚合物分子形成多种的结合，从而对复合材料具有增强作用，另外，由于氧化石墨烯较大的比表面积，他与聚合物主体的接触面积很大，所以可大幅提高聚合物的机械性能。因此，将氧化石墨烯用于改善正渗透膜的亲水性和机械强度具有可行性。而且，由于氧化石墨烯具有非常独特的二维网状结构，及大量亲水性基团，有望以极少的投加剂量产生满意的改性效果。但目前为止，尚未见采用相转化法，氧化石墨烯改性正渗透膜的配方及合成工艺参数的报道。这是本专利技术的主要创新内容。同时，如何将氧化石墨烯有效并均匀分散在正渗透膜中，是制备氧化石墨烯改性正渗透膜的关键技术。氧化石墨烯表面能很大，很容易发生团聚现象，若在聚合物基体中分散不均往往会成为材料的潜在应力集中点，从而影响该材料的使用性能。对于纳米材料而言，其在膜中的分散性越好，对膜的机械性能和抗压性能的增强越明显。其在聚合物基体中分散的好与坏，对铸膜液的相容性有很大的影响，相容性直接决定了该共混物是否能够成膜，以及成膜后的性能是否满足要求。探索将氧化石墨烯均匀分散在正渗透膜铸膜液中的方法是本专利技术的另一主要创新内容。传统的三醋酸纤维素(CTA)或醋酸纤维素正渗透膜合成过程中往往采用丙酮及1，4二氧六环混合溶剂为有机溶剂。但氧化石墨烯在丙酮及1，4二氧六环混合溶剂为有机溶剂中不能很好均匀的分散，会形成明显的团聚体，即使在常规搅拌、超声等分散技术手段下，团聚体仍然会存在。但本专利专利技术人发现GO能够有效分散在强极性有机溶剂(如N-N，二甲基乙酰胺(DMAC)或N-N，二甲基甲酰胺(DMF))中，因此，本专利技术采用的分散GO方法是：首先将GO分散在强极性有机溶剂中，形成GO均匀分散的分散液，再将制备正渗透膜的有机溶剂(如上述丙酮或1,4二氧六环或二者的混合液)分散在GO分散液中，形成GO/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)先将氧化石墨烯在强极性有机溶剂中，在超声条件下分散10～100分钟，制成均匀分散液；(2)将制膜原料的有机溶剂加入到所述分散液中，搅拌形成氧化石墨烯分散均匀的分散液；(3)将添加剂、制膜依次加入到步骤(2)得到的分散液中，在40℃～90℃的温度下连续搅拌6小时以上至完全溶解，制成氧化石墨烯均匀分散的铸膜液；(4)将所述铸膜液在真空干燥箱中充分脱泡后，倒在铺有支撑层的玻璃板上，用刮膜机进行刮膜；(5)浇膜后铸膜液在空气中挥发5～100秒后，放入凝固浴中，凝固浴温度为10℃～60℃；(6)将膜片与玻璃板分离，将膜片放入到纯水中浸泡6小时以上；(7)将上述充分浸泡的膜自然干燥后得到正渗透膜。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)先将氧化石墨烯在强极性有机溶剂中，在超声条件下分散10～100分钟，制成均匀分
散液；
(2)将制膜原料的有机溶剂加入到所述分散液中，搅拌形成氧化石墨烯分散均匀的分散
液；
(3)将添加剂、制膜依次加入到步骤(2)得到的分散液中，在40℃～90℃的温度下连续
搅拌6小时以上至完全溶解，制成氧化石墨烯均匀分散的铸膜液；
(4)将所述铸膜液在真空干燥箱中充分脱泡后，倒在铺有支撑层的玻璃板上，用刮膜机
进行刮膜；
(5)浇膜后铸膜液在空气中挥发5～100秒后，放入凝固浴中，凝固浴温度为10℃～60℃；
(6)将膜片与玻璃板分离，将膜片放入到纯水中浸泡6小时以上；
(7)将上述充分浸泡的膜自然干燥后得到正渗透膜。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯改性正渗透膜的制备方法，其特征是：所述强极性
有机溶剂为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；所述制膜原料的有机溶剂为丙酮、1，4-二氧六环

【专利技术属性】
技术研发人员：赵方波，李静春，卢佳琦，赵婧，李广录，吴瑶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23