一种氧化石墨烯分离膜的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯分离膜的制备方法，将氧化石墨烯粉体分散在去离子水中，通过错流法制备得到具有高稳定性的氧化石墨烯分离膜。通过控制氧化石墨烯的用量，错流分离成膜条件以及有效成膜面积，可以得到厚度可控的分离膜。本发明专利技术创新性的利用错流法来制备超薄氧化石墨烯分离膜，并通过这种成膜工艺增强了氧化石墨烯分离膜在水相中的稳定性。利用氧化石墨烯分离膜的分离选择性，实现了混合染料的高效分离。这是一种工艺简单、成本低、可规模化生产的氧化石墨烯分离膜制膜工艺。本发明专利技术克服了氧化石墨烯分离膜的结构不稳定性以及膜厚度太厚等不足，并在染料分离中展现出了优异的分离性能，工业前景巨大。

Preparation method and application of graphene oxide membrane

The present invention discloses a method for preparing graphene oxide separation membrane. Graphene oxide powder is dispersed in deionized water, and graphene oxide separation membrane with high stability is prepared by cross flow method. The controllable separation membrane can be obtained by controlling the amount of graphene oxide, the conditions of cross flow separation and the effective film forming area. The invention adopts the cross flow method to prepare the ultra-thin graphene oxide separation membrane, and enhances the stability of the graphene oxide separation membrane in the aqueous phase by the film forming process. High efficiency separation of mixed dyes was achieved by separating the selectivity of graphene oxide membrane. This is a simple process, low cost, large-scale production of graphene oxide membrane separation process. The invention overcomes the defects of the structural instability of the graphene oxide separation membrane and the film thickness is too thick, and exhibits excellent separation performance in the dye separation, and has great industrial prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯分离膜的制备方法和应用
本专利技术涉及一种氧化石墨烯分离膜的制备方法及其应用，特别涉及厚度可调、稳定性高、适合于规模化生产的氧化石墨烯分离膜制备方法，及在混合染料分离中的应用。
技术介绍
氧化石墨烯，作为碳的一种衍生物，发现至今一直就是学术界和工业界的研究热点，在各种领域都有着突出的性能表现。由于其特殊的二维层状结构、很强的机械性能以及优异的成膜性，氧化石墨烯是一种理想的分离膜材料，在气体分离提纯、海水淡化、离子通道研究以及DNA检测等领域具有潜在的应用前景。目前，氧化石墨烯分离膜的传统制备方法有抽滤法、旋涂、自组装等方式。抽滤法存在制膜耗时长、效率低以及成膜厚度较厚等不足，不适用于工业化规模生产。此外，传统方法制备的氧化石墨烯分离膜结构稳定性差。由于氧化石墨烯本身的结构特性，丰富的含氧官能团和亲水性，在水相中膜结构稳定性差，易发生自分解，重新分散于溶剂中，从而导致其分离性能退化。通过热还原、高分子交联等后续处理，可以提高氧化石墨烯分离膜的稳定性，但是存在改性工艺复杂和分离性能不理想等不足。
技术实现思路
本专利技术针对当前制备氧化石墨烯分离膜的各种方法存在的不足和问题，设计了一种厚度可调、稳定性高、适合于规模化生产的超薄氧化石墨分离膜的快速制膜方法。本专利技术的技术方案为：一是通过错流法，对氧化石墨烯的微观结构进行调整，从而提高氧化石墨烯分离膜的稳定性；二是通过氧化石墨烯的用量和错流参数(时间、压力、流速、面积、衬底等)的控制，得到不同厚度、面积的氧化石墨烯分离膜的制备；三是利用氧化石墨烯分离膜的选择性，实现混合染料的分离。本专利技术的具体技术方案为：一种氧化石墨烯分离膜的制备方法及其应用，其具体步骤为：将氧化石墨烯分散液加入到错流装置容器中，使氧化石墨烯分散液平行于基底膜面流动，在压力差的驱动下在基底膜表面形成氧化石墨烯分离膜。制备过程中，可以通过控制成膜氧化石墨烯的量、成膜时间、成膜衬底、成膜面积、成膜压力以及成膜流速，得到不同厚度的超薄氧化石墨烯分离膜。作为优选，步骤2)中，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为2.5×10-4～2.5×10-2g/L。作为优选，所述的成膜时间为1-30min。作为优选，步骤3)中，所述的基底膜为任何孔径为10nm～1.0μm的分离膜，优选为200nm孔径的氧化铝陶瓷膜或200nm孔径的聚碳酸酯膜。作为优选，步骤3)中，所述的有效面积为任何大小。作为优选，步骤3)中，所述的成膜压力为0.1～5.0bar。作为优选，步骤3)中，所述的成膜流速为0.1～2.0LHM。本专利技术的另一目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的氧化石墨烯分离膜。本专利技术的另一目的在于提供一种由上述的氧化石墨烯分离膜在单组份染料或多组分染料的分离中的应用。被分离的染料为伊文斯蓝、罗丹明B、孟加拉玫瑰红中的一种或多种溶液。本专利技术克服了其他制备方法的不足，属于一种快速、低成本的制备方法，适合于规模化生产，具有极好的社会经济效益和价值。本专利技术制备的膜厚度、面积可控，厚度可以控制在几十纳米到几微米范围，解决了传统的制备氧化石墨烯分离膜的厚度厚、稳定性差等技术难题，具有极大的商业价值。此外，本专利技术还将氧化石墨烯分离膜用于相似结构染料的分离，结果表明其具有很高的选择性。附图说明图1为实施例2制备的氧化石墨烯分离膜的断面SEM照片；图2为实施例2制备的氧化石墨烯分离膜的表面SEM照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中氧化石墨烯分散液可以采用现有技术进行制备，下面给出本专利技术中后续实施例的一种制备方法，但需要指出的是，该方法仅供本领域技术人员辅助理解，并不作为本专利技术的限定。后续实施例中是利用氧化石墨烯粉体通过超声分散于去离子水中实现的，氧化石墨烯的制备方法如下：将30ml浓硫酸至于干燥的三口烧瓶中，在冰水浴中搅拌，同时在三口烧瓶内部放置一只温度计，时刻监视烧瓶中混合液体的温度变化。待浓硫酸温度降至0℃后，加入预氧化石墨粉，搅拌均匀后，得到黑色混合液体。缓慢加入3.75gKMnO4粉末，并时刻监控温度计变化，保证混合物反应体系温度保持在20℃以下。待KMnO4粉末全部加入完毕后，继续搅拌15min，使混合物反应体系充分混合均匀。随后，将三口烧瓶置于35℃恒温水浴中反应2h。待反应结束后，取出三口烧瓶，放在冰浴中冷却。冷却后的混合物液体采用玻璃棒引入方式多次少量缓慢转移到含有62.5ml去离子水的烧杯中。整个转移过程中，烧杯始终置于冰水浴中冷却并搅拌，以确保稀释溶液体系温度低于50℃。稀释后的混合物重新转移回三口烧瓶中，置于35℃恒温水浴中再反应2h。待反应结束后，将混合物转移到175ml的去离子水中稀释。待稀释溶液冷却至室温，加入5ml质量分数为30％的H2O2溶液。此时，混合液体中产生大量气泡，溶液颜色由深棕色变为金黄色。加入2.5ml质量分数为5％的HCl溶液，并继续搅拌15min。之后，将金黄色溶液在室温条件下静置24h。待混合物分层，金黄色沉淀基本沉于烧杯底部后，用移液枪缓慢去除烧杯上层清液。将沉淀物置于4只50ml离心管中，7000rpm下离心5min，去除上层清液。加入溶剂，在超声作用下，将管中离心沉淀样品重新分散均匀，再次置于离心机10,000rpm离心10min。如此反复操作8次，前3次用稀盐酸洗涤，后5次用去离子水洗涤。最后将充分洗涤后得到的氧化石墨烯(GO)样品置于60℃鼓风干燥箱中，干燥24h，得到纸状的氧化石墨烯样品。实施例11)氧化石墨烯分散液的制备：将前述制备得到的氧化石墨烯粉体分散于去离子水中，超声分散，配成0.1g/L的氧化石墨烯分散液2)氧化石墨烯分离膜的制备取氧化石墨烯分散液5μl加入到400ml的去离子水中，在错流压力1bar，错流流速0.35LPM，有效膜面积3.14cm2，200nm孔径PC膜，错流成膜15min，制备得到超薄氧化石墨烯分离膜。实施例21)氧化石墨烯分散液的制备：将前述制备得到的氧化石墨烯粉体分散于去离子水中，超声分散，配成0.4g/L的氧化石墨烯分散液；2)氧化石墨烯分离膜的制备：取氧化石墨烯分散液5μl加入到400ml的去离子水中，在错流压力1bar，错流流速0.35LPM，有效膜面积3.14cm2，200nm孔径PC膜，错流成膜法30min，制备得到超薄氧化石墨烯分离膜。如图1和2所示，该GO分离膜的厚度为10nm。实施例31)氧化石墨烯分散液的制备：将前述制备得到的氧化石墨烯粉体分散于去离子水中，超声分散，配成0.4g/L的氧化石墨烯分散液；3)氧化石墨烯分离膜的制备：取氧化石墨烯分散液500μl加入到400ml的去离子水中，在错流压力1bar，错流流速0.35LPM，有效膜面积3.14cm2，200nm孔径PC膜，错流成膜法5min，制备得到超薄氧化石墨烯分离膜。实施例41)氧化石墨烯分散液的制备：将前述制备得到的氧化石墨烯粉体分散于去离子水中，超声分散，配成0.4g/L的氧化石墨烯分散液；3)氧化石墨烯分离膜的制备：取氧化石墨烯分散液20μl加入到400ml的去离子水中，在错流压力1bar，错流流速0.35LPM，有效膜面积12.56cm2，200nm孔径PC膜，错流成膜法30min，制备得到超薄氧化石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯分离膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将氧化石墨烯分散液加入到错流装置容器中，使氧化石墨烯分散液平行于基底膜面流动，在压力差的驱动下在基底膜表面形成氧化石墨烯分离膜。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯分离膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将氧化石墨烯分散液加入到错流装置容器中，使氧化石墨烯分散液平行于基底膜面流动，在压力差的驱动下在基底膜表面形成氧化石墨烯分离膜。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯分离膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为2.5×10-4～2.5×10-2g/L。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯分离膜的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的成膜时间为1-30min。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯分离膜的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的基底膜为任何孔径为10nm～1μm的分离膜，优选为200nm孔径的氧化铝陶瓷膜或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭新生，应玉龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33