一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜，是利用高分子聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物而制得的纳米尺寸的具有水通量及过滤性能增强的氧化石墨烯与聚丙烯酰胺的复合薄膜；该薄膜具有氧化石墨烯片层层叠堆积结构，其结构中每一氧化石墨烯片层表面通过静电吸附作用均匀附着有亲水性柔性高分子聚丙烯酰胺，该复合薄膜的组分以质量百分比计为：氧化石墨烯占90％±3％，聚丙烯酰胺占10％±3％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～300万。实验证实本发明专利技术的薄膜具有比氧化石墨烯薄膜更优异的亲水性，且片层间距为0.68nm，具有较优良的水通量及过滤性能，预示其在制备水通量或过滤性能设备中有广泛应用。

Graphene oxide / polyacrylamide composite filtration membrane and its preparation and Application

The invention discloses a graphene oxide/polyacrylamide composite filter film, which is a nano-sized composite film of graphene oxide and polyacrylamide with enhanced water flux and filtration performance, prepared by using high molecular polyacrylamide as a spacer between graphene oxide sheets; the film has graphene oxide sheets. The hydrophilic flexible polymer polyacrylamide was uniformly attached to the surface of each layer of graphene oxide by electrostatic adsorption. The composition of the composite film was as follows: graphene oxide accounted for 90% + 3%, polyacrylamide for 10% + 3%, polyacrylamide for 100% by mass percent. Ten thousand to 3 million. Experiments show that the film has better hydrophilicity than graphene oxide film, and the lamellar spacing is 0.68 nm. The film has excellent water flux and filtration performance, indicating that it has wide application in water flux preparation or filtration performance equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜及其制备与应用
本专利技术属于无机/高分子功能材料
，涉及一种水通量及过滤性能增强的氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜及其制备与应用。
技术介绍
膜分离技术在水处理，食品加工，化工和制药行业中发挥着重要作用。具有纳米孔和纳米通道的比如碳纳米管，纳米多孔石墨烯，氧化石墨烯等材料的采用是一个新兴的研究领域而且具有巨大的潜力。近年来由于这些材料潜在的在分离方面的应用吸引了研究者的巨大兴趣。石墨烯膜在过滤、分离、海水淡化、仿生选择性传质机理、能量储存和转换等领域是非常有前途的。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，也受到了极大的关注。氧化石墨烯的二维结构和可调的理化性质使其具有了通过叠加氧化石墨烯片层来进行筛选的功能。氧化石墨烯薄膜是由真空抽滤，逐层组装，喷涂或旋涂等方法来制备的。氧化石墨烯的片层具有让水渗透，选择性地拒绝其他物质，形成独特的二维纳米通道的能力。通过调整纳米孔的物理化学性质，石墨烯薄膜的层数，就可以获得所需的对各种气体和液体理想的膜通量。小的片层间距可以通过部分还原氧化石墨烯来减少水合官能团的尺寸大小或通过小型分子共价键堆叠氧化石墨烯纳米片从而去克服水合力来获得。相反，可以通过插入大的，刚性的化学基团或者软聚合物链，甚至更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维被用作间隔物来增加片层之间的距离。经检索通过将带正电荷的聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物来制备一种纳米尺寸的具有过滤功能的氧化石墨烯和聚丙烯酰胺的复合薄膜及其制备方法与应用还未见报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜及其制备与应用。本专利技术所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜，是利用高分子聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物而制得的纳米尺寸的具有水通量及过滤性能增强的氧化石墨烯与聚丙烯酰胺的复合薄膜；其特征在于：所述复合薄膜具有氧化石墨烯片层层叠堆积结构，其结构中每一氧化石墨烯片层表面通过静电吸附作用均匀附着有亲水性柔性高分子聚丙烯酰胺，该复合薄膜的组分以质量百分比计为：氧化石墨烯占90％±3％，聚丙烯酰胺占10％±3％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～300万，且聚丙烯酰胺的添加量改变能影响复合薄膜结构中氧化石墨烯片层的层间距，若聚丙烯酰胺的添加量增加，氧化石墨烯片层的层间距即增大。上述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜中：所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的的组分以质量百分比计优选为：氧化石墨烯占90％，聚丙烯酰胺占10％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～200万；所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的层间距为0.68nm；氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜和水的接触角为65.1°。上述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的层间距(纳米通道)通过XRD测定。本专利技术所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的制备方法，步骤是：(1)配制浓度为0.5～1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声分散至均匀；(2)配制浓度为0.05mg/mL～0.1mg/mL的分子量为100万～300万的聚丙烯酰胺水溶液，并在室温下搅拌至完全溶解；(3)把步骤(2)制得的聚丙烯酰胺水溶液在搅拌条件下滴加到步骤(1)的氧化石墨烯水溶液中，并使氧化石墨烯和聚丙烯酰胺的质量百分比计为：氧化石墨烯占90％±3％，聚丙烯酰胺占10％±3％，即获得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合物；(4)取氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合物通过真空抽滤的方法抽滤成膜，将膜自然干燥，即制得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜；其中，取氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合物抽滤的量不同，制得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜厚度不同，抽滤的量大成膜厚度则厚。进一步的，上述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的制备方法优选的步骤是：(1)配制浓度为0.5的氧化石墨烯水溶液，超声分散至均匀；(2)配制浓度为0.05mg/mL的分子量为100～200万的聚丙烯酰胺水溶液，并在室温下搅拌至完全溶解；(3)把步骤(2)制得的聚丙烯酰胺水溶液在搅拌条件下滴加到步骤(1)的氧化石墨烯水溶液中，搅拌2小时混合均匀，并使氧化石墨烯和聚丙烯酰胺的质量百分比计为：氧化石墨烯占90％，聚丙烯酰胺占10％，即获得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合物；(4)取氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合物10mL通过真空抽滤的方法抽滤成膜，将膜自然干燥，即制得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜。本专利技术所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜在制备水通量或过滤性能设备中的应用。本专利技术通过静电吸附作用使带负电荷的氧化石墨烯和带正电荷的聚丙烯酰胺结合得到了氧化石墨烯-聚丙烯酰胺胶体溶液，而后通过真空抽滤把定量的胶体溶液制备成复合薄膜。实验证实：氧化石墨烯过滤膜和水的接触角是78.1°，还原后的氧化石墨烯过滤膜和水的接触角为110.5°，氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的亲水性优于以上两者，为65.1°。通过XRD测试分析，氧化石墨烯过滤膜的层间距约为0.85nm，还原后的氧化石墨烯过滤膜的层间距为0.36nm，氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的层间距为0.68nm，这是由于柔性聚丙烯酰胺分子在压力作用下填补了氧化石墨烯表面的缺陷。对制备好的薄膜进行水通量及对罗丹明B截留率的性能测试，不同样品的水通量测试结果显示，在相同的样品体积下，与还原后的氧化石墨烯过滤膜的水通量最小，氧化石墨烯过滤膜的水通量最大，而氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的水通量介于两者之间，说明聚丙烯酰胺在氧化石墨烯片层之间是起了一定作用的。而且在同一样品下，所用溶液体积越大，也就是膜厚度越大，其水通量就越小。不同的样品对罗丹明B的截留率测试结果显示，与还原后的氧化石墨烯过滤膜相比，氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜对于罗丹明B的截留能力变弱了；在相同的样品时，对于罗丹明B的截留率随着溶液的体积也就是薄膜的厚度的增大而增大。通过聚丙烯酰胺的添加改变了氧化石墨烯过滤膜的层间距，表现出了不同的水通量和对罗丹明B截留率，预示期在制备水通量或过滤性能设备中应用前景广阔。本专利技术提供了一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜及其制备与应用。通过将分子量介于100万～300万之间的聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物来制备一种纳米尺寸的具有过滤功能的氧化石墨烯与聚丙烯酰胺的复合薄膜。纳米尺寸的聚丙烯酰胺与氧化石墨烯的复合薄膜制备方法，通过静电吸附作用使带负电荷的氧化石墨烯和带正电荷的聚丙烯酰胺结合得到了氧化石墨烯-聚丙烯酰胺胶体溶液，而后通过真空抽滤把定量的胶体溶液制备成复合薄膜。本专利技术通过添加聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层间隔物来增加片层间距，从而实现对一些物质进行选择性的过滤，最终获得了氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合薄膜，经过测试，该膜具有较好的水通量及过滤性能。本专利技术的优点在于获得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合溶液后，直接利用真空抽滤得到氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合薄膜，整个制备过程都是绿色、无污染的，该薄膜具有优异的过滤性能，特别是对于罗丹明B的截留率较高。预示本专利技术所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜在制备水通量或过滤性能设备中有广泛应用。附图说明图1：为实施例1制得的氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的SEM；从图中可以看出，聚丙烯酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜，是利用高分子聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物而制得的纳米尺寸的具有水通量及过滤性能增强的氧化石墨烯与聚丙烯酰胺的复合薄膜；其特征在于：所述复合薄膜具有氧化石墨烯片层层叠堆积结构，其结构中每一氧化石墨烯片层表面通过静电吸附作用均匀附着有亲水性柔性高分子聚丙烯酰胺，该复合薄膜的组分以质量百分比计为：氧化石墨烯占90％±3％，聚丙烯酰胺占10％±3％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～300万，且聚丙烯酰胺的添加量改变能影响复合薄膜结构中氧化石墨烯片层的层间距，若聚丙烯酰胺的添加量增加，氧化石墨烯片层的层间距即增大。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜，是利用高分子聚丙烯酰胺作为氧化石墨烯片层的间隔物而制得的纳米尺寸的具有水通量及过滤性能增强的氧化石墨烯与聚丙烯酰胺的复合薄膜；其特征在于：所述复合薄膜具有氧化石墨烯片层层叠堆积结构，其结构中每一氧化石墨烯片层表面通过静电吸附作用均匀附着有亲水性柔性高分子聚丙烯酰胺，该复合薄膜的组分以质量百分比计为：氧化石墨烯占90％±3％，聚丙烯酰胺占10％±3％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～300万，且聚丙烯酰胺的添加量改变能影响复合薄膜结构中氧化石墨烯片层的层间距，若聚丙烯酰胺的添加量增加，氧化石墨烯片层的层间距即增大。2.根据权利要求1所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜，其特征在于：所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的的组分以质量百分比计为：氧化石墨烯占90％，聚丙烯酰胺占10％，聚丙烯酰胺的分子量为100万～200万；所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的层间距为0.68nm；氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜和水的接触角为65.1°。3.权利要求1所述氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合过滤薄膜的制备方法，步骤是：(1)配制浓度为0.5～1mg/mL的氧化石墨烯水溶液，超声分散至均匀；(2)配制浓度为0.05mg/mL～0.1mg/mL的分子量为100万～300万的聚丙烯酰胺水溶液，并在室温下搅拌至完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄林军，王彦欣，程萌萌，唐建国，王瑶，李海东，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37