通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法。向羧基化氧化石墨烯溶液中加入间苯二甲胺，超声得均匀混合液；将所述混合液通过辅压真空自组装的方法镀到聚醚砜基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；所述辅压真空自组装是将聚醚砜基膜置于砂芯漏斗上对所述混合液进行真空过滤操作；将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯/正己烷的溶液中，待羧基化氧化石墨烯片层上的间苯二甲胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正己烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。复合纳滤膜的选择层利用聚酰胺交联羧基化氧化石墨烯片层，通过调节单体配比来控制聚酰胺的链长和结构，其选择层羧基化氧化石墨烯片层间距可控，通量可控。

【技术实现步骤摘要】
通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法
本专利技术属于复合膜材料
，具体涉及一种通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法。
技术介绍
21世纪以来，随着地球上人口逐渐的增加，生活废水以及工业废水等也在不断的增多，净水资源短缺的问题亟待解决。膜分离技术的横空出世对于这个严峻的问题的处理给予了很大的帮助。这项技术旨在除去废水中的污染物质来解决全球水资源短缺这一问题。最近商业上使用最多的就是聚酰胺(PA)纳滤膜，PA膜可以作为一层选择层来增大纯水的通量的同时提高截盐率。PA的制备采用的方法是界面聚合，主要就是一种二胺单体与一种酰氯进行缩聚反应的结果。改变二胺单体与酰氯的浓度配比在一定程度上会影响PA的结构，进而影响到PA膜的性能。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，其单层只有一个原子的厚度。氧化石墨烯结构中不同含氧基团的存在，增大了亲水性，使其在湿润条件下更具操作性。同时，在制备氧化石墨烯改性膜的过程中，减少了对于有机溶剂的需求，从侧面体现出其环境友好性。这一系列的特点使其在膜分离领域有一个很好的应用前景。近几年，氧化石墨烯被广泛应用于纳滤膜的制备工艺中，纳滤膜的各项性能得到了较大的提高。Li等人将氧化石墨烯与聚酰胺交联制备复合膜，当氧化石墨烯用量达到0.12wt％时，水通量从0.112L·μm/m2·h·bar上升到0.219L·μm/m2·h·bar，而且复合膜对盐溶液的截留率没有收到太大影响。Xu等人制备的GO/PDA改性的α-Al2O3复合膜稳定性得到了提升，纯水通量达到48.4kg/m2·h，离子截留率保持在99％以上。上述方法虽然在截留率比较高，但是通量没有得到很高的提升，而且制备方法较为复杂。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种更具亲水性且通量可控的纳滤膜的制备方法，在增大纯水通量同时实现通量的可控，让纯水通量和截留率共同达到最优值。通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：1)向羧基化氧化石墨烯溶液中加入间苯二甲胺(MXDA)，超声得均匀混合液；2)将所述混合液通过辅压真空自组装的方法镀到聚醚砜基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；所述辅压真空自组装是将聚醚砜基膜置于砂芯漏斗上对所述混合液进行真空过滤操作；3)将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯(TMC)/正己烷的溶液中，待羧基化氧化石墨烯片层上的间苯二甲胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正己烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。按上述方案，所述羧基化氧化石墨烯溶液先采用改良Hummers法制备氧化石墨烯，对氧化石墨烯溶液在2000-10000rpm条件下离心分离，再将氢溴酸加入到氧化石墨烯分散液中，连续搅拌10-15h，之后加入草酸，连续搅拌3-5h，产品透析1-3周，得到CFGO溶液。按上述方案，间苯二甲胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯在正己烷中的摩尔浓度比为0.2-1.6。按上述方案，通过控制间苯二甲胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯在正己烷中的摩尔浓度之比控制羧基化氧化石墨烯纳滤膜的水通量。本专利技术提出的一种通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，在多孔基膜表面制备多层羧基化氧化石墨烯的选择层，通过二胺单体与酰氯单体反应形成的聚酰胺来交联氧化石墨烯片层，得到纳滤复合膜。通过对氧化石墨烯的羧基化，提高了膜的亲水性，增大了纯水的通量。同时，改变间苯二甲胺(MXDA)与均苯三甲酰氯(TMC)的原料配比，利用不同配比的间苯二甲胺与均苯三甲酰氯反应得到的是不同链长的聚酰胺，有效的控制了纳滤膜选择层的层间距，实现了通量的可控，让纯水通量和截留率共同达到一个最优值。本专利技术相对于现有技术的有益效果如下：复合纳滤膜的选择层利用聚酰胺交联羧基化氧化石墨烯片层，通过调节单体配比来控制聚酰胺的链长和结构，实现膜的通量可控。制备方法简单易操作，相较于未改性的聚醚砜基膜，本方法制备的改性聚醚砜复合纳滤膜的耐压性增强(0.5MPa)，制作成本低、制备流程简单，具有较高的水通量和截留率，以及较好的分离性能。本专利技术制得的纳滤膜，其选择层羧基化氧化石墨烯片层间距可控，通量可控。附图说明图1：本专利技术间苯二甲胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯在正己烷中的摩尔浓度之比与层间距的关系；图2：本专利技术间苯二甲胺在混合液中的摩尔浓度与均苯三甲酰氯在正己烷中的摩尔浓度之比与通量、截留率的关系。具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。对比例制备氧化石墨烯溶液(5mg/mL)与5mLMXDA(0.1M)溶液混合，通过辅压真空自组装在PES基膜表面，得到的复合膜再浸泡在10mLTMC(0.1M)中，润洗干燥。得到的复合膜层间距为0.911nm，测得纯水通量为115L/m2·h，对氯化钙的截留率为92％。实施例1先将15mL氢溴酸(HBr)加入到90mL氧化石墨烯(GO)溶液中，连续搅拌12h，再将8g草酸加入到上述混合液中，连续搅拌4h，透析1周，得到CFGO溶液(5mg/mL)，取0.5mL已制备的CFGO溶液于50mL容量瓶中，加入1mL1mol/L的MXDA水溶液，用去离子水定容至50mL，混合溶液中MXDA的摩尔浓度为0.02mol/L，真空抽滤CFGO与MXDA的混合液于PES基膜表面，润洗后，浸泡于20ml0.1mol/L的TMC/正己烷溶液中，得复合膜，MXDA水溶液与TMC/正己烷溶液的摩尔浓度比为0.2时，所得复合膜的层间距(d-spacing)为0.856nm，在0.5Mpa的压力下纯水通量(WaterFlux)为134L/m2·h，对氯化钙(CaCl2)的截留率(SaltRejection)为82％。实施例2先将15mL氢溴酸(HBr)加入到90mL氧化石墨烯(GO)溶液中，连续搅拌12h，再将8g草酸加入到上述混合液中，连续搅拌4h，透析1周，得到CFGO溶液(5mg/mL)，取0.5mL已制备的CFGO溶液于50mL容量瓶中，加入2mL1mol/L的MXDA水溶液，用去离子水定容至50mL，混合溶液中MXDA的摩尔浓度为0.04mol/L，真空抽滤CFGO与MXDA的混合液于PES基膜表面，润洗后，浸泡于20ml0.1mol/L的TMC/正己烷溶液中，得复合膜，MXDA水溶液与TMC/正己烷溶液的摩尔浓度比为0.4时，所得复合膜的层间距(d-spacing)为0.912nm，在0.5MPa的压力下纯水通量为178L/m2·h，对CaCl2的截留率为88％。实施例3先将15mL氢溴酸(HBr)加入到90mL氧化石墨烯(GO)溶液中，连续搅拌12h，再将8g草酸加入到上述混合液中，连续搅拌4h，透析1周，得到CFGO溶液(5mg/mL)，取0.5mL已制备的CFGO溶液于50mL容量瓶中，加入4mL1mol/L的MXDA水溶液，用去离子水定容至50mL，混合溶液中MXDA的摩尔浓度为0.08mol/L，真空抽滤CFGO与MXDA的混合液于PES基膜表面，润洗后，浸泡于20ml0.1mol/L的TMC/正己烷溶液中，得复合膜，MXDA水溶液与TMC/正己烷溶液的摩尔浓度比为0.8时，所得复合膜的层间距(d-spacing)为0.965nm，在0.5Mpa的压力下纯水通量为200L/m2·本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)向羧基化氧化石墨烯溶液中加入间苯二甲胺，超声得均匀混合液；2)将所述混合液通过辅压真空自组装的方法镀到聚醚砜基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；所述辅压真空自组装是将聚醚砜基膜置于砂芯漏斗上对所述混合液进行真空过滤操作；3)将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯/正己烷的溶液中，待羧基化氧化石墨烯片层上的间苯二甲胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正己烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。

【技术特征摘要】
1.通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)向羧基化氧化石墨烯溶液中加入间苯二甲胺，超声得均匀混合液；2)将所述混合液通过辅压真空自组装的方法镀到聚醚砜基膜表面得到复合膜，用去离子水清洗数次；所述辅压真空自组装是将聚醚砜基膜置于砂芯漏斗上对所述混合液进行真空过滤操作；3)将所得复合膜浸于均苯三甲酰氯/正己烷的溶液中，待羧基化氧化石墨烯片层上的间苯二甲胺与均苯三甲酰氯充分反应后用正己烷溶液清洗膜数次，干燥即可得到所需复合纳滤膜。2.如权利要求1所述通量可控的羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于所述羧基化氧化石墨烯溶液先采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊芸，彭俊龙，刘生鹏，孙国锋，吴晓宇，蔡师，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42