具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法。氧化石墨烯复合纳滤膜为复合膜，包括无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层，无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层从下到上依次设置，功能化的纳米级分离层中包含单片层纳米氧化石墨烯。无纺布支撑层是功能化无纺布，采用整体多层结构。聚合物中间层材质为聚砜，断面孔结构是非对称型的海绵状及指状孔混合结构。本发明专利技术通过在界面聚合过程中引入单片层纳米氧化石墨烯，提高了纳滤膜表面的亲水性及离子传输速率，又由于单片层纳米氧化石墨烯的形貌为片层褶皱结构，赋予了纳滤膜褶皱结构的表面形貌，提高了纳滤膜的表面积。

【技术实现步骤摘要】
具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法
本专利技术涉及纳滤膜
，尤其涉及一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法。
技术介绍
纳滤膜是介于超滤和反渗透之间的新型膜分离技术，制备高截留、高通量及抗污型纳滤膜一直是研究热点，然而如何实现通量和截留率两者之间的平衡一直是个难题。近年来，GO(grapheneoxide，氧化石墨烯)由于其特殊的结构和性能一直是研究的热点。GO是石墨烯的一种衍生物，与石墨烯结构大体相同，只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连接有大量含氧亲水性官能团，如-OH，-O-，-COOH，-C＝O等，因而在水中具有良好的分散性。GO薄膜对液态水有超快的传输速率，在离子分离方面，GO具有离子选择透过的特性。目前，现有技术中还没有实现将GO与纳滤膜有效地结合在一起的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法，以提高纳滤膜表面的亲水性及离子传输速率。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，所述氧化石墨烯复合纳滤膜为复合膜，包括无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层，所述无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层从下到上依次设置，所述功能化的纳米级分离层中包含单片层纳米氧化石墨烯。进一步地，所述单片层纳米氧化石墨烯的形貌为片层褶皱结构。进一步地，所述无纺布支撑层是功能化无纺布，采用整体多层结构，其厚度在95μm，单位面积克重为76g/m2，透气度2cc/cm2/sec。进一步地，所述聚合物中间层材质为聚砜，层厚度为30μm±2um，断面孔结构是非对称型的海绵状及指状孔混合结构，孔径范围在0.001μm至10μm之间；进一步地，所述功能化的纳米级分离层为哌嗪体系的聚酰胺膜，该聚酰胺膜的水相单体包括哌嗪、添加剂、酸吸收剂、保湿剂，该聚酰胺膜的油相单体为均苯三甲酰氯，该聚酰胺膜的溶剂为IsoparG、IsoparE、正己烷、乙基环己烷、正庚烷其中的一种或几种。进一步地，所述哌嗪浓度为0.3-1％之间；所述添加剂为单片层纳米氧化石墨烯，片层厚度为0.5-5nm，片层直径为＜400nm，含量为10ppm-500ppm；所述酸吸收剂为有机胺，含量为0.5-3％；所述保湿剂为小分子醇类，含量为0.5-4％，所述水相单体的pH值为8-12，所述油相单体均苯三甲酰氯的浓度为0.05％-1％。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法，包括；(1)聚合物中间层制备：选取无纺布支撑层膜片，将聚合物料液均匀地涂覆于所述无纺布支撑层膜片的表面，通过调节涂头与无纺布支撑层膜片之间的距离以及聚合物料液的进料量来调整无纺布支撑层的厚度，之后经过凝胶槽、清洗槽、淬火槽使无纺布支撑层膜片清洗和定型，得到聚合物中间层的底膜；(2)功能化的纳米级分离层制备：将含有氧化石墨烯的水相进行超声处理，使水相溶液均匀混合，将所述聚合物中间层的底膜单面浸渍水相溶液5S-20min，通过风刀吹扫去除所述聚合物中间层的底膜的表面水相，所述聚合物中间层的底膜上形成一层水溶液薄膜，再将聚合物中间层的底膜浸渍含有均苯三甲酰氯的有机相溶液中保持5s-1min，通过烘箱使水相与油相发生界面聚合反应设定时间，得到具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜。进一步地，将制备的聚合物中间层的底膜浸泡于去离子水中留以备用。进一步地，所述烘箱的温度为60-110℃，最佳温度为80℃，所述设定时间为1-5min。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术通过在界面聚合过程中引入单片层纳米氧化石墨烯，提高了纳滤膜表面的亲水性及离子传输速率，又由于单片层纳米氧化石墨烯的形貌为片层褶皱结构，赋予了纳滤膜褶皱结构的表面形貌，提高了纳滤膜的表面积，使氧化石墨烯复合纳滤膜具有较高的水通量，并表现出对二价Ca2+、Mg2+离子具有较高去除率，对单价Na+、K+离子较低去除率的性能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种聚砜中间层的表面电镜示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种纳滤膜的表面电镜示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种氧化石墨烯复合纳滤膜的表面电镜示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种PIP&PIP-GO接触角示意图。PIP-GO较PIP亲水性显著提高具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。本专利技术实施例提供了一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，该氧化石墨烯复合纳滤膜为复合膜，包括无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层，所述无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层从下到上依次设置。功能化的纳米级分离层中包含单片层纳米氧化石墨烯。无纺布支撑层是功能化无纺布，采用整体多层结构，其厚度在95μm，单位面积克重为76g/m2，透气度2cc/cm2/sec。聚合物中间层材质为聚砜，层厚度为30μm±2um，断面孔结构是非对称型的海绵状及指状孔混合结构，孔径范围在0.001μm至10μm之间；功能化的纳米级分离层为哌嗪体系的聚酰胺膜，聚酰胺膜水相单体包括哌嗪、添加剂、酸吸收剂、保湿剂，该聚酰胺膜的油相单体为均苯三甲酰氯，该聚酰胺膜的溶剂为IsoparG、IsoparE、正己烷、乙基环己烷、正庚烷其中的一种或几种。哌嗪浓度为0.3-1％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述氧化石墨烯复合纳滤膜为复合膜，包括无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层，所述无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层从下到上依次设置，所述功能化的纳米级分离层中包含单片层纳米氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述氧化石墨烯复合纳滤膜为复合膜，包括无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层，所述无纺布支撑层、聚合物中间层及功能化的纳米级分离层从下到上依次设置，所述功能化的纳米级分离层中包含单片层纳米氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述单片层纳米氧化石墨烯的形貌为片层褶皱结构。3.根据权利要求1所述的具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述无纺布支撑层是功能化无纺布，采用整体多层结构，其厚度在95μm，单位面积克重为76g/m2，透气度2cc/cm2/sec。4.根据权利要求1所述的具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述聚合物中间层材质为聚砜，层厚度为30μm±2um，断面孔结构是非对称型的海绵状及指状孔混合结构，孔径范围在0.001μm至10μm之间。5.根据权利要求1至4任一项所述的具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于，所述功能化的纳米级分离层为哌嗪体系的聚酰胺膜，该聚酰胺膜的水相单体包括哌嗪、添加剂、酸吸收剂、保湿剂，该聚酰胺膜的油相单体为均苯三甲酰氯，该聚酰胺膜的溶剂为IsoparG、IsoparE、正己烷、乙基环己烷、正庚烷其中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的具有离子选择性分离的氧化石墨烯复合纳滤膜，其特征在于：所述哌嗪浓度为0.3-1％之间；所述添加剂为单片层纳米氧化石墨烯，片层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦力，张翠苗，胡蕊蕊，朱宏伟，裴志强，顾辉，
申请(专利权)人：北京碧水源膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11