一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及膜分离技术领域，提供了一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜及其制备方法。该海水淡化复合膜包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；二氧化硅气相层由二氧化硅气相涂料固化而成，二氧化硅气相涂料的制备方法如下：将正硅酸四乙酯添加到乙醇水溶液中，升温，滴加盐酸溶液，使正硅酸四乙酯反应形成二氧化硅溶胶，完全反应后，添加镁金属粒子，搅拌均匀后制得二氧化硅气相涂料。本发明专利技术的海水淡化复合膜以石墨烯氧化物为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，可用于直饮，同时，其淡化后的淡化水含氢量高，还原性好，能够起到抗氧化作用。此外，该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜及其制备方法
本专利技术涉及膜分离
，特别地，涉及一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着地球上人口的增多，再加上淡水湖、河、地下水等淡水资源的污染，淡水资源非常紧缺，如不引起重视，不就将来导致整个人类缺水。而海洋中拥有无以量计的水源，如果能够对其进行淡化利用，无疑将彻底改变目前缺淡水的局面。目前所用的海水淡化方法主要有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，其中，应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。其中，蒸馏法存在成本高、耗能高的技术缺陷。而反渗透膜法存在海水盐分去除率相对较低的技术缺陷。此外，现有的海水淡化膜淡化后的海水还并不能直接用于直饮，必须经过后续进一步的净化处理。如专利201410080407.X公开了一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜及其制备方法和应用，该专利技术的负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜的制备方法包括以下步骤：1)制备石墨烯；2)制备石墨烯氧化物；3)制备聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜；4)复合膜表面功能化。该专利技术具有以下优点：通过在聚酰胺薄膜表面负载石墨烯氧化物，使得该种薄膜对细菌生长的抑制效果不会随时间增长而减弱，不会影响聚酰胺薄膜本身的渗透性与过滤能力，减少了薄膜的清洗次数，延长了薄膜的使用寿命；与现有技术中石墨烯氧化物置于聚酰胺膜内相比，减少了石墨烯氧化物的使用量，降低了生产成本，能够广泛的用于海水淡化与污水再生处理，有良好的应用前景。但是上述专利中氧化石墨烯的主要作用是抑菌，其本身并不是过滤海水使其淡化的主要介质。在淡化率上来说并不突出，因此淡化后的海水还无法用于直饮。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术目的在于提供一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜及其制备方法。本专利技术的海水淡化复合膜以石墨烯氧化物为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，可用于直饮，同时，其淡化后的淡化水含氢量高，还原性好，能够起到抗氧化作用。此外，该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。为实现上述目的，本专利技术提供了一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜，按过滤方向依次包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；所述微孔陶瓷层的平均过滤孔径为1-10微米；所述石墨烯氧化物层的平均过滤孔径为1-5纳米；所述二氧化硅气相层的平均过滤孔径大于20微米。其中，所述二氧化硅气相层由二氧化硅气相涂料固化而成，所述二氧化硅气相涂料的制备方法如下：将正硅酸四乙酯添加到其80-100倍质量的65-75wt％乙醇水溶液中，升温至55-65℃，然后滴加8-12wt％的盐酸溶液，使正硅酸四乙酯反应形成二氧化硅溶胶，完全反应后，向溶胶中添加镁金属粒子，搅拌均匀后制得二氧化硅气相涂料。本专利技术的海水淡化复合膜，为三层复合结构。其中，石墨烯氧化物层起到最为主要的淡化水作用，其平均过滤孔径仅为1-5纳米，略大于水分子的大小，因此水分子能够无阻碍的通过。而大部分盐(比如海水中含量较高的氯化钠)的水壳的大小要大于过滤孔径，因此被阻挡在膜外而无法通过。因此本专利技术中石墨烯氧化物层是作为主要的“分子筛”。而现有技术中石墨烯氧化物虽然也有用于海水淡化，但是其原理是利用石墨烯氧化物对阳离子和/或阴离子的吸附作用而起到过滤作用，当水通量较大时，盐分会由于无法被及时吸附而通过淡化膜，因此脱盐率不够高。由上可知其原理与本专利技术截然不同。因此与现有技术相比，通过本专利技术海水淡化复合膜的淡化水中的含盐率更低。作为进水面的微孔陶瓷层，其滤孔较大，作用是为石墨烯氧化物层抵挡大量的有机、无机颗粒杂质，防止这些杂质附着于石墨烯氧化物层表面而使其滤孔堵塞、过滤效率降低。微孔陶瓷层起到“容尘”作用。微孔陶瓷层的滤孔不宜过小，否则会影响复合淡化膜的通水量。作为出水面的二氧化硅气相层，其滤孔最大，因为其主要作用并非是过滤作用。由于石墨烯氧化物层较为脆弱，因此微孔陶瓷层和二氧化硅气相层能够起到保护作用。上述方法制得的二氧化硅气相涂料，形成二氧化硅气相层后具有较高的孔隙率，不会影响膜的通水量，且其质轻，强度高，能够起到保护作用。此外，本专利技术的二氧化硅气相层中含有镁金属，遇水后能够与水发生反应生成微量氢气，而部分氢气能够溶解于水中，提高淡化水的含氢量，富氢水具有较高的还原性，且其渗透性好，可以非常容易地进入细胞内如细胞核和线粒体等任何部位，可以消除人体内的自由氧基以达到延缓人体衰老的目的。此外，本专利技术人经过研究后发现石墨烯氧化物长时间在水中浸泡后，其本身容易发生轻微的膨胀，而膨胀后其滤孔也会被相应放大，因此可能会使其他杂质分子的通过，导致脱盐率降低。为此，本专利技术的微孔陶瓷层和二氧化硅气相层由于其自身为无机质地，与有机材料相比，具有较好的抗张性，两者附着于石墨烯氧化物层的两侧，能够有效抑制石墨烯氧化物发生膨胀。进一步地，所述镁金属粒子的添加量为二氧化硅溶胶质量的1-5％。进一步地，所述复合膜的厚度为50-100微米。一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜的制备方法，包括如下步骤：(1)配制陶瓷浆料，将陶瓷浆料涂覆于平滑的基板上，辊压后进行干燥，固化后形成微孔陶瓷层，将微孔陶瓷层从基板上剥离。(2)制备石墨烯氧化物溶液，将其喷涂于微孔陶瓷层表面，然后进行真空抽滤使其形成石墨烯氧化物层。(3)配制二氧化硅气相涂料，将其涂覆于石墨烯氧化物层表面，静置陈化后，烘干形成二氧化硅气相层，制得成品。进一步地，所述陶瓷浆料包括以下重量份的物质组成：陶瓷微粉40-60份、氧化铝微粉10-20份、正硅酸四乙酯90-110份、钛酸丁酯20-30份、聚酰亚胺树脂50-70份、丙烯酸[N-甲基全氟丁烷磺酰胺基]乙酯5-15份、苯基三甲氧基硅烷40-50份、N-甲基吡咯烷酮40-50份、水10-20份。进一步地，所述陶瓷浆料的制备方法如下：将正硅酸四乙酯、钛酸丁酯、苯基三甲氧基硅烷和N-甲基吡咯烷酮进行混合，得到混合溶液，接着向混合溶液中添加聚酰亚胺树脂和丙烯酸[N-甲基全氟丁烷磺酰胺基]乙酯，搅拌均匀，添加水后，调节溶液pH为5-6，在搅拌条件下进行水解反应，反应后再加入陶瓷微粉和氧化铝微粉，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。上述的陶瓷浆料具有以下有益效果：1、本专利技术的陶瓷浆料中复合有有机树脂，在聚酰亚胺树脂和丙烯酸[N-甲基全氟丁烷磺酰胺基]乙酯中加入正硅酸四乙酯、钛酸丁酯作为先驱体，发生水解后在聚酰亚胺树脂和丙烯酸[N-甲基全氟丁烷磺酰胺基]乙酯的分子结构中原位生成无机网络，从而形成有机物/无机物互穿网络结构，能够使得无机物的分散性更好。2、聚酰亚胺树脂的作用是能够与石墨烯氧化物发生很好的交联，使得石墨烯氧化物层不易脱落。3、丙烯酸[N-甲基全氟丁烷磺酰胺基]乙酯含有氟，具有很低的表面能，抗污能力强，淡化膜在长时间使用时，使得海水中的有机物不易附着于膜表面而造成滤孔堵塞。4、陶瓷浆料中钛酸丁酯水解后生成二氧化钛胶体，由于其具有很强的光催化活性，当微孔陶瓷膜被堵塞后，只需将其在紫外光照射下就可进行使杂质发生降解，起到光催化自清洁效果。进一步地，在步骤(2)中，所述石墨烯氧化物层可喷涂多层，在前一层干燥后喷涂后一层。通过多层喷涂，可控制石墨烯氧化物层的淡化效率。进一步地，所述石墨烯氧化物溶液的制备方法如下：按固液比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜，其特征在于，按过滤方向依次包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；所述微孔陶瓷层的平均过滤孔径为1‑10微米；所述石墨烯氧化物层的平均过滤孔径为1‑5纳米；所述二氧化硅气相层的平均过滤孔径大于20微米；其中，所述二氧化硅气相层由二氧化硅气相涂料固化而成，所述二氧化硅气相涂料的制备方法如下：将正硅酸四乙酯添加到其80‑100倍质量的65‑75wt％乙醇水溶液中，升温至55‑65℃，然后滴加8‑12wt％的盐酸溶液，使正硅酸四乙酯反应形成二氧化硅溶胶，完全反应后，向溶胶中添加镁金属粒子，搅拌均匀后制得二氧化硅气相涂料。

【技术特征摘要】
1.一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜，其特征在于，按过滤方向依次包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；所述微孔陶瓷层的平均过滤孔径为1-10微米；所述石墨烯氧化物层的平均过滤孔径为1-5纳米；所述二氧化硅气相层的平均过滤孔径大于20微米；其中，所述二氧化硅气相层由二氧化硅气相涂料固化而成，所述二氧化硅气相涂料的制备方法如下：将正硅酸四乙酯添加到其80-100倍质量的65-75wt％乙醇水溶液中，升温至55-65℃，然后滴加8-12wt％的盐酸溶液，使正硅酸四乙酯反应形成二氧化硅溶胶，完全反应后，向溶胶中添加镁金属粒子，搅拌均匀后制得二氧化硅气相涂料。2.根据权利要求1所述的一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜，其特征在于，所述镁金属粒子的添加量分别为二氧化硅溶胶质量的1-5％。3.根据权利要求1所述的一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜，其特征在于，所述复合膜的厚度为50-100微米。4.一种根据权利要求1-3之一所述的产富氢直饮水的海水淡化复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制陶瓷浆料，将陶瓷浆料涂覆于平滑的基板上，辊压后进行干燥，固化后形成微孔陶瓷层，将微孔陶瓷层从基板上剥离；(2)制备石墨烯氧化物溶液，将其喷涂于微孔陶瓷层表面，然后进行真空抽滤使其形成石墨烯氧化物层；(3)配制二氧化硅气相涂料，将其涂覆于石墨烯氧化物层表面，静置陈化后，烘干形成二氧化硅气相层，制得成品。5.根据权利要求4所述的一种产富氢直饮水的海水淡化复合膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小明，
申请(专利权)人：长沙无道工业设计有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43