一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，步骤：(1)超纯水用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，至通量稳定；(2)经平均得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；(3)Na+水溶液与步骤(1)压力相等，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，至Na+水溶液通量稳定；(4)经平均得到氧化石墨烯膜的稳定Na+水溶液通量；(5)膜不稳定性因子k＝氧化石墨烯膜的稳定Na+水溶液通量/氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量，k值与稳定性负相关。本发明专利技术易于实现、成本低廉，能评价不同氧化石墨烯膜制备方法在膜结构稳定性方面优劣性，快速判断氧化石墨烯膜是否适用于水溶液体系的长期过滤，对氧化石墨烯膜制备及实际应用具有重要的参考价值。 1

A method for evaluating the structural stability of graphene oxide film nanochannels

The invention discloses a method for evaluating the stability of the nanochannel structure of the graphene oxide film. The steps are as follows: (1) the ultra pure water is filtered with a graphite oxide film to stabilize the flux; (2) the stable ultra pure water flux of the graphene oxide film is obtained by average; (3) the Na+ water solution is equal to the step (1) pressure and is used in the graphite oxide film. The flux of the Na+ aqueous solution was stable by constant pressure filtration, and (4) the steady Na+ solution flux was obtained by means of the graphene oxide film on average, and (5) the stability factor K of the membrane was stable in the Na+ solution flux of the graphene oxide film / the stable ultra pure water flux of the graphene oxide film, and the K value was negatively correlated with the stability. The invention is easy to be realized and low in cost. It can evaluate the advantages and disadvantages of different graphite oxide film preparation methods in the stability of membrane structure, and quickly judge whether the graphene oxide film is suitable for the long-term filtration of aqueous solution system. It has important reference value for the preparation and practical application of graphene oxide film. One

【技术实现步骤摘要】
一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法
本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法。
技术介绍
纳滤技术目前已被广泛应用于饮用水处理、污水深度处理、海水及苦咸水淡化。然而，商品化的聚酰胺复合纳滤膜仍然具有诸多缺点，如水通量进一步提高的空间有限、抗污染能力差、抗氯氧化性差等，因此，开发新型纳滤膜材料成为了膜分离
的研究热点之一。氧化石墨烯膜是近年来广受关注的一种新型纳滤膜材料，由石墨烯的衍生物——氧化石墨烯在同一平面上交错堆叠形成。氧化石墨烯在堆叠过程中形成的纳米通道构成了水分子的迁移通道，另一方面，其尺寸一般位于1nm上下，可以截留水体中的小分子有机物、无机盐离子等，表现出位于纳滤范畴的分离性能。氧化石墨烯膜具有诸多优点，如由于氧化石墨烯厚度很薄，可以显著降低膜厚，且水分子在纳米通道内可做无摩擦迁移，因此有望使水通量得到大幅提高，又如由于氧化石墨烯含氧官能团丰富，可以使氧化石墨烯膜具有较高的亲水性，且易于化学改性，等等。目前，氧化石墨烯膜的制备方法主要有真空过滤法、层层自组装法等。由于氧化石墨烯具有较强的水合作用，氧化石墨烯膜纳米通道在水溶液中的结构稳定性成为了研究者们关注的焦点。早期的氧化石墨烯膜多为纯氧化石墨烯膜，仅依靠氧化石墨烯之间的范德华力及π-π相互作用来维持结构稳定，后来研究者们为了提高氧化石墨烯层间的相互作用力，在制备过程中引入小分子有机物或金属离子，以共价键或静电力的形式与氧化石墨烯发生相互作用，达到增强氧化石墨烯层间相互作用力的目的。尽管氧化石墨烯膜纳米通道的结构稳定性是研究者们关注的焦点及研究的重点，迄今为止仍然没有一种评价手段来评价氧化石墨烯膜纳米通道的结构稳定性，从而无法评判不同氧化石墨烯膜制备方法在膜结构稳定性方面的优劣性，也无法评判氧化石墨烯膜是否适用于水溶液体系的长期过滤。本申请专利技术人莫颖慧在前期研究工作中发现，氧化石墨烯膜的纳米通道结构及过滤性能会受到水溶液中阳离子的影响，其中氧化石墨烯膜对Na+的敏感性显著高于其他阳离子(K+、Mg2+、Ca2+)，Na+更容易破坏氧化石墨烯膜的纳米通道，导致膜通量显著升高(YinghuiMo,XinZhao,Yue-xiaoShen.Cation-dependentstructuralinstabilityofgrapheneoxidemembranesanditseffectonmembraneseparationperformances.Desalination,399(2016):40-46.)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Na+响应的评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法来弥补本领域当前相关研究的空白，用于快速评价不同制备方法得到的氧化石墨烯膜应用于水溶液体系时的纳米通道结构稳定性。本专利技术的技术方案概述如下：一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，包括如下步骤：(1)以超纯水作为进水，在过滤装置中，在过滤压力0.2-0.8MPa的条件下，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，直至所述超纯水通量稳定；(2)取步骤(1)最后15-45min的所述超纯水通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；(3)用超纯水为溶剂配制的Na+水溶液作为进水，在过滤装置中，在与步骤(1)所述过滤压力相等的条件下，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，直至所述Na+水溶液通量稳定；(4)取步骤(3)最后15-45min的所述Na+水溶液通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定Na+水溶液通量；(5)膜不稳定性因子用k表示；k＝氧化石墨烯膜的稳定Na+水溶液通量/氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量，k值与稳定性负相关。超纯水25℃下电阻率大于等于18MΩ·cm。Na+水溶液为离子强度为3-10mM的NaHCO3水溶液、NaCl水溶液或Na2SO4水溶液。本专利技术的优点：本专利技术具有易于实现、成本低廉的特点。本专利技术的方法可以评价不同氧化石墨烯膜制备方法在膜结构稳定性方面的优劣性，快速判断所制备的氧化石墨烯膜是否适用于水溶液体系的长期过滤，对氧化石墨烯膜的制备及其实际应用具有重要的参考价值。附图说明图1是实施例1评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法。图2是实施例2评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法。图3是实施例3评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法。图4是实施例4和实施例5中不同方法制备的氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的比较。具体实施方式通量：指的是单位时间单位膜面积上通过的溶液体积。通量稳定：在超纯水过滤中，指的是氧化石墨烯膜通量不再持续下降；在Na+水溶液过滤中，指的是氧化石墨烯膜通量不再持续升高。本专利技术测定的氧化石墨烯膜可以由真空抽滤法、层层自组装法等制备而得，可以是纯粹的氧化石墨烯膜，也可以含有Ca2+、小分子胺等层间添加物。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯膜(取40mL0.01mg/mL氧化石墨烯水溶液在14.5cm20.22μm聚偏氟乙烯滤膜上真空抽滤制备而得)，将上述氧化石墨烯膜放入死端过滤装置，以超纯水作为进水，以0.4MPa的氮气作为过滤压力，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，每间隔5min对氧化石墨烯膜的膜通量进行测定，持续过滤2h后超纯水通量达到稳定，得到的膜通量随时间变化曲线如图1所示；(2)取步骤(1)最后45min的超纯水通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；其值JUPW,stable＝8.2L/(m2·h)；(3)用超纯水为溶剂配制的离子强度3mM的NaHCO3水溶液作为进水，在过滤装置中，在与步骤(1)过滤压力相等的条件下，用步骤(1)使用的氧化石墨烯膜进行恒压过滤，每间隔5min对氧化石墨烯膜的膜通量进行测定，持续过滤5h后NaHCO3水溶液通量达到稳定，得到的膜通量随时间变化曲线如图1所示；(4)取步骤(3)最后45min的NaHCO3水溶液通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定NaHCO3水溶液通量，其值JNaHCO3,stable＝42.6L/(m2·h)；(5)膜不稳定性因子用k表示；k＝氧化石墨烯膜的稳定NaHCO3水溶液通量/氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量，计算JNaHCO3,stable与JUPW,stable的比值，得到膜不稳定性因子k＝JNaHCO3,stable/JUPW,stable＝5.19.k值与稳定性负相关。所述的超纯水25℃下电阻率为18MΩ·cm。实施例2一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯膜(取40mL0.01mg/mL氧化石墨烯水溶液在14.5cm20.22μm聚偏氟乙烯滤膜上真空抽滤制备而得)，将上述氧化石墨烯膜放入死端过滤装置，以超纯水作为进水，以0.2MPa的氮气作为过滤压力，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，每间隔5min对氧化石墨烯膜的膜通量进行测定，持续过滤2h后超纯水通量达到稳定，得到的膜通量随时间变化曲线如图2所示；(2)取步骤(1)最后45min的超纯水通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；其值JUPW,stable＝5.2L/(m2·h)；(3)用超纯水为溶剂配制的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，其特征在于包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种评价氧化石墨烯膜纳米通道结构稳定性的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以超纯水作为进水，在过滤装置中，在过滤压力0.2-0.8MPa的条件下，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，直至所述超纯水通量稳定；(2)取步骤(1)最后15-45min的所述超纯水通量进行平均，得到氧化石墨烯膜的稳定超纯水通量；(3)用超纯水为溶剂配制的Na+水溶液作为进水，在过滤装置中，在与步骤(1)所述过滤压力相等的条件下，用氧化石墨烯膜进行恒压过滤，直至所述Na+水溶液通量稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫颖慧，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12