高稳定性海水淡化膜及其制法和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种高稳定性海水淡化膜及其制法和应用，具体地涉及一种通过多巴胺修饰固相载体工艺以制备均匀致密、具有高稳定性、高海水淡化性能的氧化石墨烯膜，并提供一种该氧化石墨烯膜的制备方法及其在海水淡化中的应用。

High stability seawater desalination film and its preparation method and Application

The invention relates to a high stability desalination membrane and preparation method and application thereof, in particular relates to a method for preparing the uniform and compact graphite oxide film has high stability and high desalination performance by dopamine modified solid carrier technology, and provides a preparation method of the graphene oxide film and its application in seawater fade in.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高稳定性海水淡化膜及其制法和应用，具体地涉及一种通过多巴胺修饰固相载体工艺以制备均匀致密、具有高稳定性、高海水淡化性能的氧化石墨烯膜，并提供一种该氧化石墨烯膜的制备方法及其在海水淡化中的应用。
技术介绍
水是人类以及生物赖以生存所必需的物质之一，然而，随着近年来现代化工业建设的发展，水污染程度日益加剧，我国西部城市以及许多边远地区正面临着水资源短缺的危机。面临如此严峻的缺水形势，我国采取了一系列缓解措施，诸如开源节流、科学灌溉、生态保护、减少浪费和防治污染等。很早的时候人们就发现了海水资源这个大宝藏，据统计，地球上海洋面积约占地球总表面积的71％左右，可以说是一项取之不尽的资源。在浩瀚的海洋里面，不仅有丰富的矿物质等化学资源，而且还能经过转化、开发与利用，解决淡水危机。早在16世纪的时候，人们就开始了海水转化为淡水的研究探索，直到20世纪中期，海水淡化技术得到了快速的发展。迄今为止，人们研究出二十余种海水淡化技术，主要有反渗透法、太阳能法、低温多效、多级闪蒸、电渗析、压汽蒸馏等。而脱盐是整个海水淡化过程中最为核心的部分，人们往往采用膜分离的方法达到此目的。膜法海水淡化技术是利用渗透膜的选择渗透性将海水中的盐分和水分子分离，从而达到海水脱盐的目的。早期的膜材料大都是有机高分子材料，这些膜材料制备工艺简单，容易成型，价格低廉，有很高的脱盐性能，然而有机膜容易受有机溶剂的影响，易腐蚀，使用寿命短、需要频繁清洗和更换，因而增加了反渗透法制水的成本。与有机膜材料相比，无机膜材料(如沸石分子筛膜)具有良好的热稳定性和化学稳定性以及较长的使用寿命等优点，能够有效弥补现有有机膜材料的不足。虽然无机膜可以有效克服有机膜的不足，但无机膜材料脆性大、弹性小，难以加工成型及装备组件。综上所述，现有技术中已有报道在某些特殊材料上形成膜层用于海水淡化，但是形成的膜在海水环境下稳定性较差。因此，本领域急需开发一种性能更优异，结构新颖，分布均匀的可用于海水淡化的膜层，尤其是稳定性高且脱盐率高的新型海水淡化膜材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稳定性高且脱盐率高的新型海水淡化膜材料及其制法和应用。在本专利技术的第一方面，提供了一种氧化石墨烯复合膜，所述的复合膜包含：(1)固相载体层，所述固相载体为无机载体，其中所述固相载体具有至少一个经修饰剂修饰的主表面；和(2)与所述经修饰剂修饰的主表面相结合的氧化石墨烯层，其中，所述的修饰剂为具有两个或多个选自下组的官能团的分子：氨基、醌基、羟基、或其组合。在另一优选例中，所述的固相载体为多孔载体。在另一优选例中，所述的固相载体包括陶瓷载体、金属氧化物载体和/或金属载体。在另一优选例中，所述的固相载体选自下组：多孔氧化铝载体。在另一优选例中，所述的固相载体选自下组：多孔氧化铝陶瓷、多孔二氧化钛陶瓷、多孔不锈钢或其组合。在另一优选例中，所述的氧化石墨烯层的厚度为100-1000nm，较佳地200-600nm，更佳地250-500nm。在另一优选例中，所述的固相载体层的厚度为0.1-10mm，较佳地0.2-5mm，更佳地0.5-2.5mm，最佳地约1mm。在另一优选例中，所述的修饰剂为同时具有氨基和羟基官能团的分子。在另一优选例中，所述的修饰剂为多羟基单氨基化合物或其聚合物。在另一优选例中，所述的修饰剂包括多巴胺、聚多巴胺或其组合。在另一优选例中，所述的氧化石墨烯复合膜中，修饰剂的含量为10g/m2膜表面，或5g/m2石墨烯，其中修饰剂按修饰前的修饰剂用量计。在另一优选例中，所述的氧化石墨烯复合膜具有以下性能：(a)脱盐率：≥95％，较佳地≥99％，更佳地≥99.5％；(b)水透量：在70-90℃(较佳地约75℃)时水透量≥2kg/(m2·h)(例如2-100kg/(m2·h))，较佳地≥5kg/(m2·h)，更佳地≥10kg/(m2·h)；(如20-100kg/(m2·h))(c)稳定性：在75℃时，2周内，水通量保持恒定不变(或变化幅度为±10％以内，较佳地±5％以内)，稳定在2-100kg/(m2·h)之间(较佳地5-100kg/(m2·h)之间，更佳地20-100kg/(m2·h)之间)，且脱盐率均≥95％，较佳地≥99％，更佳地≥99.5％。测试方法：脱盐率和水通量反映了海水淡化膜的截留能力和产水能力，它的计算可以采用电导率仪来反映。脱盐率的计算公式：通过测量进料液和渗透产水的电导率，带入公式计算即可。水通量计算公式：通过测量一定时间△t内通过面积为A的氧化石墨烯膜渗透产水的质量W，计算而得。GB5749-2006生活饮用水卫生标准并没规定电导率指标,但标准里有溶解性总固体和总硬度指标,电导率可以粗略的估算为溶解性总固体的2倍左右,也就是2000us/cm左右，电导率低于800us/cm的水源视为较好水质。在另一优选例中，所述的氧化石墨烯复合膜是用本专利技术第二方面中所述的方法制备。在本专利技术的第二方面，提供了一种如本专利技术第一方面所述的复合膜的制备方法，包含以下步骤：(1)提供一固相载体；(2)对所述的固相载体的至少一个主表面进行功能化修饰，从而在固相载体的至少一个主表面引入与所述主表面共价结合的修饰剂，得到修饰的载体表面，其中所述修饰剂为具有是两个或多个选自下组的官能团的分子：氨基、醌基、羟基、或其组合；(3)在步骤(2)制备的经修饰的载体表面上，沉积氧化石墨烯颗粒，从而形成与所述经修饰剂修饰的主表面相结合的氧化石墨烯层。在另一优选例中，所述的氧化石墨烯颗粒的粒径为大小在0.2-5微米，较佳地为0.5-3微米，更佳地为0.55-1.5微米。在另一优选例中，在步骤(3)中，所述沉积包括步骤：在真空抽滤条件下进行沉积。在另一优选例中，在步骤(2)中，所述的修饰剂为(a)多巴胺和/或聚多巴胺；和(b)三羟甲基氨基甲烷的混合物。在另一优选例中，所述混合物中，组分(a)多巴胺和/或聚多巴胺与组分(b)三羟甲基氨基甲烷的重量比为0.5-5：1-10，较佳地为1：1-10，更佳地为1：2-5。在另一优选例中，所述方法包含以下步骤：(1)采用多巴胺对所述固相载体表面进行功能化修饰，从而在载体表面构建聚多巴胺化学反应平台；(2)通过真空抽滤法在聚多巴胺表面功能化的固相载体表面沉积氧化石墨烯膜；(3)真空抽滤后，固化5-24h，制备得到均匀致密的氧化石墨烯膜；(4)通过渗透汽化法测试氧化石墨烯膜的海水淡化性能。在另一优选例中，步骤(1)中，将所述固相载体浸没在多巴胺盐酸盐和三(羟甲基)氨基甲烷的混合溶液中，浸没一段时间后在所述固相载体表面修饰一层聚多巴胺。在另一优选例中，所述步骤(1)中多巴胺修饰的温度为室温。在另一优选例中，所述步骤(1)中多巴胺水溶液的pH为7.5-9.5，较佳地为8.0-9.0，更佳地为8.2-8.9。在另一优选例中，所述的多巴胺水溶液用以下物质调节PH值：三羟甲基氨基甲烷。在另一优选例中，所述混合溶液中，多巴胺盐酸盐与三(羟甲基)氨基甲烷的重量比为1:10至10:1，较佳地1:1至1:5。在另一优选例中，所述步骤(2)中真空抽滤沉积氧化石墨烯膜的氧化石墨烯悬浮液浓度为0.01-2.0mg/mL，较佳地为0.01-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的复合膜包含：(1)固相载体层，所述固相载体为无机载体，其中所述固相载体具有至少一个经修饰剂修饰的主表面；和(2)与所述经修饰剂修饰的主表面相结合的氧化石墨烯层，其中，所述的修饰剂为具有两个或多个选自下组的官能团的分子：氨基、醌基、羟基、或其组合。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的复合膜包含：(1)固相载体层，所述固相载体为无机载体，其中所述固相载体具有至少一个经修饰剂修饰的主表面；和(2)与所述经修饰剂修饰的主表面相结合的氧化石墨烯层，其中，所述的修饰剂为具有两个或多个选自下组的官能团的分子：氨基、醌基、羟基、或其组合。2.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的固相载体为多孔载体。3.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的氧化石墨烯层的厚度为100-1000nm，较佳地200-600nm，更佳地250-500nm。4.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的修饰剂为同时具有氨基和羟基官能团的分子。5.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的修饰剂为多羟基单氨基化合物或其聚合物。6.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合膜，其特征在于，所述的氧化石墨烯复合膜中，修饰剂的含量为10g/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄爱生，徐凯，刘倩，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33