一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用。该方法使用不同粒径的α‑Al2O3预先对多孔陶瓷管基底表面进行修饰后，通过浸涂法将氧化石墨烯溶液涂在载体上，制备得到氧化石墨烯膜；采用渗透汽化法，将制备的氧化石墨烯膜应用于高浓度乙二醇溶液的脱水过程。本发明专利技术的制膜方法快速简便、成功率高，制备的膜的形貌均匀平整，在高浓度乙二醇溶液的脱水过程中展现出良好的稳定性和分离效果，并可通过操作温度对膜通量、分离因子等性能进行调控，具有良好应用价值。

Method for preparing graphene oxide film and preparation of oxidized graphene membrane for dehydration of high concentration glycol solution

The invention discloses a method for preparing an oxidized graphene film and the application of an oxidized graphene membrane thereof in dehydration of a high concentration glycol solution. This method uses the alpha Al2O3 of different sizes in advance of the porous ceramic tube substrate modified by dip coating method of graphene oxide solution on the carrier, the prepared graphene oxide film; by pervaporation dehydration process, the application of graphene oxide film prepared in high concentration of ethylene glycol solution. Preparation method of the invention is simple and fast, high success rate and morphology of the prepared films is smooth, showing stability and good separation effect in the process of dehydration of high concentration ethylene glycol solution, and through the operation temperature on membrane flux, separation factor and performance control, has good application value.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用
本专利技术涉及氧化石墨烯膜的制备及应用
，具体涉及一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用。
技术介绍
乙二醇是一种重要的化学品，广泛应用于聚酯、塑料、防冻剂等生产领域。在工业生产中，产品的分离提纯是极为重要的过程，密切关系到生产成本和产品质量，在当今大力提倡节能环保的今天，发展新型的绿色高效分离技术显得尤为重要。膜分离技术是一门集成高分子科学、物理化学、有机合成、化工分离、化工机械等科学知识的多学科交叉科学。近年来膜技术快速发展起来，作为一种分离、浓缩、提纯、净化的技术，相对于传统的蒸馏、萃取等工艺过程，具有分离效率高，操作方便、设备紧凑、环境安全、节能等优点。特别是在节能环保方面的优点以及目前在水资源再生利用技术的突出表现，使人们对膜技术的发展前景充满信心。目前，世界膜市场处于快速发展阶段，在海水淡化、污水处理、石油化工、清洁技术、节能技术、生化、医药、食品、医疗卫生、环保、纺织、能源等诸多领域得到了广泛应用，已经形成了每年约百亿美元的产值，有力地促进了社会、经济、科学的发展，大力发展膜技术具有重要而深远的意义。有关膜技术与膜分离组件的全球年销售额每年都在迅速地增长，被认为是未来几十年最有发展前途的高新技术之一。氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)是最常见的一种石墨烯衍生物，是一种性能优异的新型碳材料，近年来受到广泛的关注，GO的基本结构与石墨烯相似，不同的是GO的表面和边缘分布着丰富的亲水性含氧官能团(羟基、羰基、羧基等)，由GO单原子薄片层堆积而形成的GO膜对水分子具有优异的透过性，因此在水处理、有机物/水混合物分离纯化等领域具有重要的应用价值。而基于GO优异的亲水性和稳定性，通过GO膜并利用渗透汽化分离技术，可以高效的将高浓度乙二醇溶液中的少量水去除，达到提高产品质量、降低生产成本的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种氧化石墨烯膜的制备方法。该方法使用不同粒径的α-Al2O3预先对多孔陶瓷管基底表面进行修饰后，通过浸涂法将氧化石墨烯溶液涂在载体上，制备得到氧化石墨烯膜。制备方法快速简便、成功率高，制备的膜均匀平整，膜厚度可根据实际需要进行调节。本专利技术的目的还在于提供所述制备方法制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种氧化石墨烯膜的制备方法，包括如下步骤：(1)对陶瓷管基底进行表面清洗、上釉和煅烧后，将不同粒径的商品α-Al2O3粉体配制的水溶液通过擦涂法涂覆在陶瓷管基底表面，再次煅烧，得到表面平整均匀的陶瓷管基底；(2)将步骤(1)得到的表面平整均匀的陶瓷管两端用聚四氟乙烯胶塞封堵后，竖直浸入氧化石墨烯(GO)水溶液中，取出后自然干燥，再次浸入氧化石墨烯水溶液中，重复2～10次层层堆积(layer-by-layer)后，常温空气中静置，得到所述的氧化石墨烯膜。进一步地，步骤(1)中，所述陶瓷管为多孔氧化铝陶瓷管，孔径为1.0μm。进一步地，步骤(1)中，所述表面清洗为依次用无水乙醇和去离子水超声清洗30min。进一步地，步骤(1)中，所述上釉是指对陶瓷管两端上釉。进一步地，步骤(1)中，所述煅烧是在900℃煅烧12h，煅烧后釉面光滑并完全密闭釉面区域陶瓷管表面的微孔。进一步地，步骤(1)中，所述不同粒径的商品α-Al2O3粉体包括粒径为1.5μm、1.0μm和0.5μm的α-Al2O3粉体。进一步地，步骤(1)中，所述α-Al2O3粉体配制的水溶液的质量浓度均为10％。进一步地，步骤(1)中，所述擦涂法涂覆按照α-Al2O3粉体的粒径由大到小的顺序逐级涂覆，各粒径α-Al2O3粉体的水溶液的涂覆次数均独立选择2～8次，且每次擦涂先将陶瓷管加热至200℃进行擦涂，擦涂完毕冷却至室温，重复擦涂过程。进一步地，步骤(1)中，所述再次煅烧是在500℃煅烧30min。进一步地，步骤(2)中，所述氧化石墨烯采用Hummers法制备。进一步地，步骤(2)中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.2～2.0g/L。进一步地，步骤(2)中，每次浸入氧化石墨烯水溶液的停留时间为30～60s。进一步地，步骤(2)中，所述静置的时间20～30h。进一步地，步骤(2)中，所述氧化石墨烯膜的厚度为100～600nm。由上述任一项所述的制备方法制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用，以制备的氧化石墨烯膜作为分离膜，采用渗透汽化法进行高浓度乙二醇溶液的脱水。进一步地，所述高浓度乙二醇溶液中，乙二醇的质量浓度80％～98％。进一步地，所述脱水的操作压力为-0.1MPa，操作温度为30℃～70℃；制备的GO膜有较高的渗透通量，对80wt％的乙二醇溶液进行脱水处理，常温(30℃)下膜通量为502.12g/h*m2，较高温度(70℃)下可达1589.66g/h*m2。进一步地，制备的GO膜的分离效果优异，经渗透汽化过程分离出的渗透液中，水含量可达到96.68～99.45wt％，通过测定膜通量、渗透液组分、分离因子来综合评价膜的分离性能。制备的GO膜同时适用于异丙醇、丙酮等多种高浓度有机物的脱水应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术采用的原料和试剂均为常见易得的原料和试剂，使用的膜材料氧化石墨烯是优异的二维碳材料，具有成膜性好、制备方法简单，所制备的膜对水的选择透过性高等优点；(2)本专利技术使用经过修饰的陶瓷管载体，采用浸涂法制膜操作简便、成功率高，得到的膜外观光滑平整、质量较好；(3)本专利技术制备的GO膜在乙二醇/水体系脱水过程中稳定性较好，能够在较长时间内保持优良的分离性能和稳定的膜通量，并可通过操作温度对膜通量、分离因子等性能进行调控，与成本较高的蒸馏、萃取等方法相比，特别适用于高浓度有机物的脱水应用，具有良好应用价值。附图说明图1为本专利技术制备的氧化石墨烯膜的基本结构示意图；图2为实施例1制备的氧化石墨烯膜的表面SEM图；图3为实施例1制备的氧化石墨烯膜的截面SEM图；图4为具体实施方式中渗透汽化装置的示意图。具体实施方式以下结合具体实施例及附图对本专利技术进行详细说明。以下描述的过程为本专利技术的优选实施方式，但本专利技术不局限于上述的具体细节，需要说明的是，在本专利技术的方法构思之内可以进行简单的调整，包括氧化石墨烯浓度0.2～2g/L、涂膜次数2～10次、操作温度30℃～70℃、底物质量浓度为80％～98％，以上提供的具体方法并不是唯一实施方式，为了避免不必要的重复，本专利技术对其他各种可能的条件组合不再另行说明，这些工艺条件的调整均属于本专利技术保护范围之内。本专利技术制备的氧化石墨烯膜的基本结构示意图如图1所示，以多孔氧化铝陶瓷管13为基底，陶瓷管两端上釉，在陶瓷管表面上涂覆不同粒径的α-Al2O3粉体作为修饰层12后，涂覆GO膜11作为活性分离层。图4为具体实施方式中渗透汽化装置的示意图，包括GO膜1、待分离原料液2、原料罐3、恒温水浴锅4、液氮保温杯5、冷阱6、液氮7、真空泵8和真空压力表9；待分离原料液2置于原料罐3中，原料罐3置于带有磁力搅拌的恒温水浴锅4中，GO膜1放置于待分离原料液2内；GO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）对陶瓷管基底进行表面清洗、上釉和煅烧后，将不同粒径的商品α‑Al2O3粉体配制的水溶液通过擦涂法涂覆在陶瓷管基底表面，再次煅烧，得到表面平整光滑的陶瓷管基底；（2）将步骤（1）得到的表面平整均匀的陶瓷管两端用聚四氟乙烯胶塞封堵后，竖直浸入氧化石墨烯水溶液中，取出后自然干燥，再次浸入氧化石墨烯水溶液中，重复2~10次后，常温空气中静置，得到所述的氧化石墨烯膜。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）对陶瓷管基底进行表面清洗、上釉和煅烧后，将不同粒径的商品α-Al2O3粉体配制的水溶液通过擦涂法涂覆在陶瓷管基底表面，再次煅烧，得到表面平整光滑的陶瓷管基底；（2）将步骤（1）得到的表面平整均匀的陶瓷管两端用聚四氟乙烯胶塞封堵后，竖直浸入氧化石墨烯水溶液中，取出后自然干燥，再次浸入氧化石墨烯水溶液中，重复2~10次后，常温空气中静置，得到所述的氧化石墨烯膜。2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述陶瓷管为多孔氧化铝陶瓷管，孔径为1.0μm；所述表面清洗为依次用无水乙醇和去离子水超声清洗30min。3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述上釉是指对陶瓷管两端上釉；所述煅烧是在900℃煅烧12h，煅烧后釉面光滑并完全密闭釉面区域陶瓷管表面的微孔。4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述不同粒径的商品α-Al2O3粉体包括粒径为1.5μm、1.0μm和0.5μm的α-Al2O3粉体；所述α-Al2O3粉体配制的水溶液的质量浓度均为10%。5.根据权利要求1所述的一种氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：武书彬，杨赫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44