一种改性氧化石墨烯膜及其制备方法与用途技术

本发明专利技术涉及一种改性氧化石墨烯膜及其制备方法与用途，其中所述改性氧化石墨烯膜，为通过所述三聚氰胺和酸性氧化的碳纳米管共同改性的氧化石墨烯膜，所述制备方法中的改性过程不仅操作方便，而且还可增加所述氧化石墨烯膜的稳定性，并增大了氧化石墨烯膜的层间距，从而增大了所述氧化石墨烯膜的水通量和离子的选择渗透能力，最终高效地分离废水中的铀与一价和/或二价金属离子。

A modified graphene oxide film and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯膜及其制备方法与用途
本专利技术涉及废水处理领域，具体涉及一种改性氧化石墨烯膜及其制备方法与用途。
技术介绍
随着世界各国核电的快速发展，铀矿的需求量也越来越大，在铀矿的开采和水冶过程中会随之产生大量的含铀废水。含铀废水不仅会污染地表水，还会渗透进入地下污染地下水，造成很大的危害，因此，含铀废水的处理问题亟待解决。含铀废水中，铀主要以四价和六价的氧化态(UO22+)存在，很难从废水中除去。而膜分离技术是目前现有技术中最有效的、处理废水的方法之一。传统的聚合物膜包括聚砜、聚醚砜以及纤维素膜等，虽然具有强大的物理，化学和机械稳定性，通常能够用于废水处理中，但是，因其表面疏水的特性，传统聚合物膜在废水处理中的应用受到了大大的限制。因此，急需开发一种具有选择性的新材料，高效地用于废水中铀的分离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种能够高效分离废水中铀的新材料，及其制备方法。本专利技术的一种改性氧化石墨烯膜(GO-CNT-Me)为三聚氰胺(Me)和酸性氧化碳纳米管(CNT)共同改性的氧化石墨烯(GO)膜。由于三聚氰胺含有的功能基团易于选择性络合铀，从而增加了所述改性氧化石墨烯膜对铀的截留性能，实现铀与其它金属离子的分离。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜，所述改性氧化石墨烯膜的层间距为(可以为或等)。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜，所述改性氧化石墨烯膜的水通量为10～20L·m-2·h-1·bar-1(可以为11L·m-2·h-1·bar-1、12L·m-2·h-1·bar-1、13L·m-2·h-1·bar-1、14L·m-2·h-1·bar-1、15L·m-2·h-1·bar-1、16L·m-2·h-1·bar-1、17L·m-2·h-1·bar-1、18L·m-2·h-1·bar-1、19L·m-2·h-1·bar-1等)。一种改性氧化石墨烯膜的制备方法，具体包括如下步骤：首先制备酸化碳纳米管，并配置成酸化碳纳米管溶液；再将所述酸化碳纳米管溶液与三聚氰胺溶液以及氧化石墨烯溶液混合，抽滤得到复合膜；在所述复合膜上滴加浓盐酸，待交联完成后干燥并洗涤，最终得到改性氧化石墨烯膜。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜的制备方法，所述复合膜的制备过程中，所述酸化碳纳米管溶液的浓度为0.3～0.5g/L，所述三聚氰胺溶液的浓度范围为1.0～1.5g/L，所述氧化石墨烯溶液的浓度范围为6.0～10.0g/L；优选地，上述浓度的酸化碳纳米管溶液选取2～6ml，三聚氰胺溶液选取5～8ml，氧化石墨烯溶液选取0.2～1.0ml；优选地，所述酸化碳纳米管溶液：三聚氰胺溶液：氧化石墨烯溶液的体积比可以为2.0:7.5:0.5。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜的制备方法，所述用于配置酸化碳纳米管溶液的酸化碳纳米管的制备方法，具体包括如下步骤：首先将碳纳米管加入到浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，升温至90～100℃回流4～6h，然后冷却并用蒸馏水稀释，洗涤抽滤至滤液呈中性，最后将抽滤得到的滤饼干燥、冷却后研磨，得到酸化碳纳米管；优选地，所述浓硫酸：浓硝酸的体积比为3:1，其中浓硫酸的浓度为18.4mol/L，浓硝酸的浓度为14.4mol/L；优选地，所述洗涤抽滤过程采用Φ50mm的0.2～1.0μm的聚醚砜微孔滤膜抽滤。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜制备方法，所述三聚氰胺溶液是将三聚氰胺加入水中，加热至80～100℃后溶解得到。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜制备方法，所述复合膜以0.2～1.0μm的聚醚砜滤膜为基底膜；优选地，所述复合膜滴加浓盐酸后，置于100～120℃的温度下交联，所述交联时间为1.0～1.5h。一种改性氧化石墨烯膜的用途，所述改性氧化石墨烯膜用于膜分离技术。进一步，本专利技术的改性氧化石墨烯膜的用途，所述改性氧化石墨烯膜用于分理水溶液中的铀；优选地，所述改性氧化石墨烯膜对UO22+的渗透率为5.0％～10.0％；优选地，所述改性氧化石墨烯膜对UO22+和金属离子的渗透率比为1:1.5～1:4.0；优选地，所述金属离子包括一价和/或二价金属离子；优选地，所述改性氧化石墨烯膜对UO22+与一价金属离子的渗透率比为1:3.0～1:4.0；优选地，所述改性氧化石墨烯膜对UO22+与二价金属离子的渗透率比为1:1.5～1:2.0。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的改性氧化石墨烯膜，为通过所述三聚氰胺和酸性氧化的碳纳米管共同改性的氧化石墨烯膜，改性过程增加了所述氧化石墨烯膜的稳定性，并增大了氧化石墨烯膜的层间距，从而增大了所述氧化石墨烯膜的水通量和离子的选择渗透能力，最终高效地分离废水中的铀与一价和/或二价金属离子。附图说明图1为GO和GO-CNT-Me膜的表面(a,b)和断面(c,d)的SEM图。图2为GO、GO-CNT(5:1)和GO-CNT-Me膜的XRD图。图3为GO和GO-CNT-Me膜的稳定性对比图。图4为本专利技术的GO-CNT-Me膜的水通量测试图，其中实验条件为恒定0.18MPa的N2压力下。图5为GO-CNT-Me膜对Na+、K+、Cs+的渗透性测试图，其中[M]＝5*10-4mol/L,[HNO3]＝1.0mol/L,T＝20℃。图6为GO-CNT-Me膜对K+、Ca2+、UO22+的渗透分离测试图，其中：[M]＝5*10-4mol/L,[UO22+]＝5*10-6mol/L,[HNO3]＝1.0mol/L,T＝20℃。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明。具体实施方式：本专利技术所述的改性氧化石墨烯膜，具体通过如下步骤制备得到：首先制备酸化碳纳米管：即先将碳纳米管加入到浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中得到混合液A，所述浓硫酸：浓硝酸的体积比为3:1，其中浓硫酸的浓度为18.4mol/L，浓硝酸的浓度为14.4mol/L；将混合液A升温至90～100℃回流4～6h，然后冷却并用蒸馏水稀释，洗涤抽滤至滤液呈中性，最后将抽滤得到的滤饼干燥、冷却后研磨，得到酸化碳纳米管；所述洗涤抽滤过程采用Φ50mm的0.2～1.0μm的聚醚砜微孔滤膜抽滤；将得到酸化碳纳米管配置成酸化碳纳米管溶液。将三聚氰胺加入水中，加热至80～100℃后溶解得到三聚氰胺溶液，再将所述酸化碳纳米管溶液与三聚氰胺溶液以及氧化石墨烯溶液混合，抽滤得到复合膜，所述复合膜以0.2～1.0μm的聚醚砜滤膜为基底膜；其中，所述酸化碳纳米管溶液的浓度为0.3～0.5g/L，所述三聚氰胺溶液的浓度范围为1.0～1.5g/L，所述氧化石墨烯溶液的浓度范围为6.0～10.0g/L，且所述酸化碳纳米管溶液：三聚氰胺溶液：氧化石墨烯溶液的体积比可以为2.0:7.5:0.5；在所述复合膜上滴加浓盐酸，置于100～120℃的温度下交联1.0～1.5h，待交联完成后干燥并洗涤，最终得到改性氧化石墨烯膜。测试所述改性氧化石墨烯膜的层间距为水通量为10～20L·m-2·h-1·bar-1，且对UO22+的渗透率可达5.0％～10.0％。实施例1：制备水溶性碳纳米管，称取2.0g原始碳纳米管，加入到150mL浓硫酸和50mL浓硝酸的混合溶液中，在100℃下回流5h，冷却，用蒸馏水稀释，用Φ50mm0.45μm的聚醚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氧化石墨烯膜，其特征在于：所述改性氧化石墨烯膜(GO‑CNT‑Me)为三聚氰胺(Me)和酸性氧化碳纳米管(CNT)共同改性的氧化石墨烯(GO)膜。

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯膜，其特征在于：所述改性氧化石墨烯膜(GO-CNT-Me)为三聚氰胺(Me)和酸性氧化碳纳米管(CNT)共同改性的氧化石墨烯(GO)膜。2.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯膜，其特征在于，所述改性氧化石墨烯膜为层间距为3.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯膜，其特征在于，所述改性氧化石墨烯膜为水通量为10～20L·m-2·h-1·bar-1的改性氧化石墨烯膜。4.一种改性氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：首先制备酸化碳纳米管，并配置成酸化碳纳米管溶液；再将所述酸化碳纳米管溶液与三聚氰胺溶液以及氧化石墨烯溶液混合，抽滤得到复合膜；在所述复合膜上滴加浓盐酸，待交联完成后干燥并洗涤，最终得到改性氧化石墨烯膜。5.根据权利要求4所述的改性氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，所述复合膜的制备过程中，所述酸化碳纳米管溶液的浓0.3～0.5g/L，所述三聚氰胺溶液的浓度范围为1.0～1.5g/L，所述氧化石墨烯溶液的浓度范围为6.0～10.0g/L；且所述酸化碳纳米管溶液：三聚氰胺溶液：氧化石墨烯溶液的体积比为2.0:7.5:0.5。6.根据权利要求5所述的改性氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，所述用于配置酸化碳纳米管溶液的酸化碳纳米管的制备方法，具体包括如下步骤：首先将碳纳米管加入到浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，升温至90～100℃回流4～6h，然后冷却并用蒸馏水稀释，洗涤抽滤至...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡佩卓，钱丽娟，刘莲，南矞，邰文雅，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62