本发明专利技术提供了一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备方法及其用途，包括如下步骤：步骤1、低氧化程度的氧化石墨烯的制备；步骤2、氧化锌纳米棒的制备；步骤3、低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备。本发明专利技术制备的一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜，基于低氧化程度的氧化石墨烯片与氧化锌纳米棒间的静电作用，制备了低氧化程度的氧化石墨烯与氧化锌纳米棒的复合分散液，通过抽滤最终得到了一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜，有效的增加了低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜的层间距，具有优异的机械性能和水通量，并具有稳定的分离性能，这为水中染料分子去除提供了新的技术手段。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属环境功能材料制备
，特指一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备方法及其用途。
技术介绍
染料废水是主要的有害工业废水之一，主要来源于染料及染料中间生产行业，由各种产品及其中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水组成。随着染料工业的不断壮大，其生产废水已成为主要的水体污染源。因此，如何去除废水中染料分子一直是人们的关注焦点和研究热点。膜分离技术因其高效、低能耗、易操作和低投入等优势发展起来的一项高新技术已在染料工业得到了广泛的应用。膜分离是基于材料的分离过程，是利用混合物中各组分在材料中的物理和化学性质的差异来实现物质分离的过程，因此膜材料是膜分离技术的基础。自2004年Geim等人通过微机械剥离法制备了单层石墨烯以来，这种已知的最薄碳材料以其稳定的二维晶格结构、超强的力学性能、优异的导电性和负载能力吸引了科学界的广泛关注和研究。由于石墨烯突出的物理化学性质，近年来石墨烯材料在分离膜上的应用得到了充分的研究(science,2014,343,740-742)。作为石墨烯的氧化物，堆积的氧化石墨烯已被证明具有畅通无阻的水通道，在水处理、离子分离等领域展现出广阔的应用前景。然而在实际应用过程中，氧化石墨烯膜往往不能有效的分离目标物。一方面是由于氧化石墨烯片层表面具有静电排斥导致其无法形成高度有序的堆积层，形成一些不可避免的缺陷和褶皱，造成氧化石墨烯分离膜的机械性能减弱；另一方面，在水溶液中氧化石墨烯层与层间的层间距会发生变化，更多的水被嵌入到膜孔道中，在压力驱动下受到震动会导致膜的破裂。因此，制备出机械性能好，水通量高，分离性能好的超滤分离膜具有十分重要的意义。研究表明通过调控氧化石墨烯的氧化程度，可以改变氧化石墨烯片层上含氧官能团的数量，进而能够有效控制氧化石墨烯片上由于氧化过程所产生的缺陷和褶皱(Appl.Mat.Interfaces,2015,725,13745-13757)。利用氧化石墨烯片层与带负电的纳米棒之间的静电吸附作用，能够有效改变层状氧化石墨烯膜的结构，增加氧化石墨烯膜的机械性能和分离性能。本技术中，基于低氧化程度的氧化石墨烯片与氧化锌纳米棒间的静电作用，制备了低氧化程度的氧化石墨烯片与氧化锌纳米棒的复合分散液，通过抽滤最终得到了一种低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜，有效加了低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜的层间距，具有更优异的机械性能和水通量，并具有稳定的分离性能，这为水中染料分子去除提供了新的技术手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜，该分离膜具有优异的机械性能和高水通量，能够有效去除水溶液中染料分子。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1、低氧化程度的氧化石墨烯(GO)的制备在250mL的烧杯中，将高锰酸钾(KMnO4)缓慢加入到浓硫酸(H2SO4)与磷酸(H3PO4)混合溶液中，再加入石墨粉，磁力搅拌1min；将混合溶液在冰水浴中超声1h，反应后再缓慢加入去离子水；真空抽滤后，将滤液离心分离，分别用去离子水和双氧水洗涤，即获得低氧化程度的GO；步骤2、氧化锌纳米棒(ZnO)的制备取一只250mL三口烧瓶和滴液漏斗，将醋酸锌加入到乙醇中，得到醋酸锌乙醇溶液；另取氢氧化钠(NaOH)加入到乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，在磁力搅拌下，将氢氧化钠乙醇溶液通过滴液漏斗缓慢加入到醋酸锌乙醇溶液中；滴加完毕后，将混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行恒温热反应；反应反比后，离心分离固体产物，分别用去离子水和乙醇洗涤，得到的氧化锌纳米棒真空干燥；步骤3、低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备在烧杯中，加入去离子水，加入步骤1制备的低氧化程度氧化石墨烯和步骤2制备的氧化锌纳米棒，磁力搅拌30min，超声30min；以孔径为0.45μm混合纤维素膜为基膜，真空抽滤，得到的低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜真空干燥。步骤1中，高锰酸钾，浓硫酸，磷酸，石墨粉的质量比为0.2～0.8:6.5～26:13～52:0.05～0.2g。步骤2中，配置醋酸锌乙醇溶液时，所使用的醋酸锌和乙醇的质量体积比为255.5～1022mg：35mL；配置氢氧化钠乙醇溶液时，所使用的氢氧化钠和乙醇的质量体积比为233～932mg：35mL；所述醋酸锌乙醇溶液与氢氧化钠乙醇溶液体积比为1：1；所述恒温热反应的温度为160℃，反应时间为24h。步骤3中，配置低氧化程度氧化石墨烯与氧化锌纳米棒混合溶液时，所使用的低氧化程度氧化石墨烯和氧化锌纳米棒的质量浓度比为0.1～0.4g/L：0.8～3.2g/L。所制备的低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜用于去除水中染料分子。有益效果：本专利技术制备的一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜，基于低氧化程度的氧化石墨烯片与氧化锌纳米棒间的静电作用，制备了低氧化程度的氧化石墨烯与氧化锌纳米棒的复合分散液，通过抽滤最终得到了一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜，有效的增加了低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜的层间距，具有优异的机械性能和水通量，并具有稳定的分离性能，这为水中染料分子去除提供了新的技术手段。附图说明图1为实施例1中的制备的氧化锌纳米棒在不同放大倍数下的的透射电镜图；图2为实施例1中的材料的X射线衍射图，其中，(a)为低氧化程度氧化石墨烯的X射线衍射图，(b)为低氧化程度氧化石墨烯/氧化锌纳米棒复合物的X射线衍射图，(c)为低氧化程度氧化石墨烯/氧化锌纳米棒复合膜的X射线衍射图；图3为实施例1中的制备的低氧化程度氧化石墨烯/氧化锌纳米棒复合膜的X射线能谱图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。实施例1：⑴低氧化程度的氧化石墨烯(GO)的制备在250mL的烧杯中，将0.4g高锰酸钾(KMnO4)缓慢加入到13.0g浓硫酸(H2SO4)与26.0g磷酸(H3PO4)混合溶液中，再加入0.1g石墨粉，磁力搅拌1min；将混合溶液在冰水浴中超声1h，反应后再缓慢加入120g去离子水；真空抽滤后，将滤液离心分离，分别用去离子水和双氧水洗涤，即获得低氧化程度的GO。⑵氧化锌纳米棒(ZnO)的制备取一只250mL三口烧瓶和滴液漏斗，将511mg醋酸锌加入到35mL乙醇溶液中；另取466mg氢氧化钠(NaOH)加入到35mL乙醇溶液中,在磁力搅拌下，将其通过滴液漏斗缓慢加入到醋酸锌的乙醇溶液中；滴加完毕后，将混合液转移到140mL聚四氟乙烯反应釜中，160℃条件下反应24h；冷却至室温后，离心分离，分别用去离子水和乙醇洗涤两次，得到的氧化锌纳米棒在50℃下真空干燥15h。⑶一种低氧化程度的石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备在50mL烧杯中，加入20mL去离子水，加入步骤1制备的低氧化程度氧化石墨烯和步骤2制备的氧化锌纳米棒，磁力搅拌30min，超声30min；以孔径为0.45μm混合纤维素膜为基膜，真空抽滤，得到的氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜在60℃下真空干燥12h。从图1(a)可以清楚的看出大量均匀的氧化锌纳米棒无规则的分散，图(b)可以看出单个氧化锌纳米棒直径为15nm，长度达到200nm，这说明成功制备了形貌均匀的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、低氧化程度氧化石墨烯的制备在烧杯中，将高锰酸钾缓慢加入到浓硫酸与磷酸混合溶液中，再加入石墨粉，磁力搅拌混匀；将加入石墨粉的混合溶液在冰水浴中超声，反应后再缓慢加入去离子水；真空抽滤后，将滤液离心分离，分别用去离子水和双氧水洗涤，即获得低氧化程度的氧化石墨烯；步骤2、氧化锌纳米棒的制备取一只三口烧瓶和滴液漏斗，将醋酸锌加入到乙醇中，得到醋酸锌乙醇溶液；另取氢氧化钠加入到乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，在磁力搅拌下，将氢氧化钠乙醇溶液通过滴液漏斗缓慢加入到醋酸锌乙醇溶液中；滴加完毕后，将混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行恒温热反应；反应反比后，离心分离固体产物，分别用去离子水和乙醇洗涤，得到的氧化锌纳米棒真空干燥；步骤3、低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备在烧杯中，加入去离子水，加入步骤1制备的低氧化程度氧化石墨烯和步骤2制备的氧化锌纳米棒，磁力搅拌后进一步超声混匀；以孔径为0.45μm混合纤维素膜为基膜，真空抽滤，得到的低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜真空干燥。
【技术特征摘要】
1.一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、低氧化程度氧化石墨烯的制备在烧杯中，将高锰酸钾缓慢加入到浓硫酸与磷酸混合溶液中，再加入石墨粉，磁力搅拌混匀；将加入石墨粉的混合溶液在冰水浴中超声，反应后再缓慢加入去离子水；真空抽滤后，将滤液离心分离，分别用去离子水和双氧水洗涤，即获得低氧化程度的氧化石墨烯；步骤2、氧化锌纳米棒的制备取一只三口烧瓶和滴液漏斗，将醋酸锌加入到乙醇中，得到醋酸锌乙醇溶液；另取氢氧化钠加入到乙醇中得到氢氧化钠乙醇溶液，在磁力搅拌下，将氢氧化钠乙醇溶液通过滴液漏斗缓慢加入到醋酸锌乙醇溶液中；滴加完毕后，将混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中进行恒温热反应；反应反比后，离心分离固体产物，分别用去离子水和乙醇洗涤，得到的氧化锌纳米棒真空干燥；步骤3、低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜的制备在烧杯中，加入去离子水，加入步骤1制备的低氧化程度氧化石墨烯和步骤2制备的氧化锌纳米棒，磁力搅拌后进一步超声混匀；以孔径为0.45μm混合纤维素膜为基膜，真空抽滤，得到的低氧化石墨烯/氧化锌纳米复合膜真空干燥。2.根据权利要求1所述的一种低氧化程度石墨烯/氧化锌纳米复合膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕，吴维富，刘占超，胡肖，郭文录，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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