一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法，聚乙烯基底被氧化剂化学侵蚀，出现活性位点，后涂覆含有金属离子的氧化石墨烯片层，在氢键作用下，片层与聚乙烯基底牢固键合在一起，利用氧化石墨烯片层间的通道形成的分子筛效应及片层上携带的负电荷按照道南效应实现功能性纳滤膜。本申请采用超薄聚烯烃类膜作为基底，具有对称的膜结构，较低的透过阻力使得聚乙烯基底在透过能力上具有较大优势；而聚乙烯本身具有较高的抗拉强度，耐溶剂和抗老化能力，具有更长的使用寿命；本申请纳滤膜制备工艺，方法新颖，功能性强，加入离子选择性强，可根据要求调节过滤级别，在未来产业化应用上具有广阔的前景。未来产业化应用上具有广阔的前景。未来产业化应用上具有广阔的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳滤膜
，具体的说，是一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化的迅猛发展，水体污染和水资源短缺的问题日益显著，如何科学地解决用水难题，是人类可持续发展战略的一项重要课题。以膜法工艺为核心的水处理技术，可以将所需的水分子与无用的杂质有效分离开来，从而实现水资源的再生。其中，以界面聚合法为主制备的纳滤膜，具有相对疏松的分离层，其膜孔孔径在1～2nm，可有效分离不同价态的离子，在工业上有着十分广泛的应用。
[0003]商品纳滤膜常以无纺布复合聚合物作为支撑层，将分离层附着于支撑层之上，形成复合的反渗透膜，既保证膜产品的强度，又能有效发挥皮层的分离能力。但是，这种模式下的纳滤膜尽管截留能力出色，但产水通量仍处于较低的水平。而石墨烯作为一种新型的2维纳米材料，经氧化修饰后的氧化石墨烯片层可携带羟基，羧基，醚键等含氧基团，这种材料的出现为制备新型功能化纳滤膜提供了思路。经氧化石墨烯片层的堆叠，可形成规则的纳米通道，使水分子穿过，而较大的盐离子可被截留下来，形成分子筛分效应；而氧化石墨烯片层上携带的负电荷又可以通过荷电作用将一价与二价盐分离开来，从而实现纳滤膜的分离功能。
[0004]而在支撑层材料的选取上，为保证足够的机械强度，常用的支撑层厚度常大于120μm，在过滤过程中会产生极大的阻力，导致通量的衰减和浓差极化的产生。聚烯烃类材料如聚乙烯，聚丙烯等热塑性树脂，具有优异的机械强度与理化性能，可制得厚度小于10微米，同时强度高于传统无纺布的微孔膜产品。不仅如此，聚烯烃类材料优异的酸碱耐受性及抗老化能力，可极大延长膜的使用寿命。
[0005]但必须要看到，聚烯烃类材质的低表面能，高疏水性，会降低通量水平，同时膜易污染，因而对膜的亲水改性必不可少。常用的表面处理方式包括表面涂覆亲水层，表面物理处理(如电晕，紫外光辐照，低温等离子体等)，表面接枝等，为不破坏膜结构，保证膜强度，本申请采用化学法进行表面处理，将聚烯烃类膜浸入氧化剂，使膜表面产生羟基，羧基，氨基，醚键等官能团活性位点，使膜表面接触角显著降低，为后续的修饰做铺垫。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜及其制备方法。本申请通过金属离子与含氧基团间产生的氢键力，使聚乙烯活性基底与氧化石墨烯片层键合，并涂覆聚乙烯醇交联加固皮层，提高亲水性，制备出功能性纳滤膜。
[0007]本申请的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，在0.5MPa下，纯水通量55～85L/m2h，二
价盐截留率为92％以上。
[0009]一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，聚乙烯基底膜浸入氧化剂中进行侵蚀，后在压力辅助下涂覆氧化石墨烯微片形成截盐层，最后涂覆聚乙烯醇进行交联，获得亲水且牢固的皮层。
[0010]一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其具体步骤为：
[0011](1)将聚乙烯基底用异丙醇清洗后烘干，置于氧化剂中改性，浸没固定一段时间，后取出室温下晾干；
[0012]所述的聚乙烯基底平均厚度介于5～30微米之间，其中优选9～20微米；平均孔径介于0.02～0.2微米之间，其中优选0.05～0.1微米；
[0013]所述的氧化剂为次氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、三价钴盐、过硫酸盐、过氧化钠、过氧乙酸、过碳酸钠、过硼酸钠、重铬酸钾、铬酸、发烟硫酸、硝酸的其中一种；
[0014]所述的氧化剂浓度为100～5000ppm；
[0015]所述的浸没时间为0.25～30小时；
[0016](2)配置氧化石墨烯溶液，并加入金属离子与分散剂；
[0017]所述的氧化石墨烯片径为1～100微米，其中优选5～50微米；
[0018]所述氧化石墨烯在氧化石墨烯溶液中浓度为10～100ppm之间；
[0019]所述的金属离子为钾离子，锂离子，锌离子，钙离子，镁离子，铝离子，锰离子，铁离子，钴离子，铜离子，铬离子等，其中优选二价金属离子；
[0020]所述的氧化石墨烯溶液中金属离子含量为5～10ppm；
[0021]所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，分子量为3000～45000，其中优选5000～16000；
[0022]所述的氧化石墨烯溶液中聚乙烯吡咯烷酮含量为5ppm；
[0023]所述溶剂为乙醇水溶液，配比为乙醇：水在10:0～7:3之间；
[0024](4)将氧化石墨烯溶液在0.1Mpa压力下负载于改性聚乙烯基底上，随后放入烘箱进行热处理；
[0025]所述热处理温度为50～80℃，热处理时间为5～20min；
[0026](4)将步骤(3)得到的初生纳滤膜浸入含交联剂的聚乙烯醇溶液，后放入烘箱进行热交联，得到聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，干燥保存；
[0027]所述聚乙烯醇在聚乙烯醇溶液中质量分数为0.5～10％；
[0028]所述交联剂在聚乙烯醇溶液中质量分数中为0.1～2％。
[0029]所述聚乙烯醇分子量大小为60000～180000，其中优选84000～120000
[0030]交联剂为乙二醛，戊二醛，对甲苯二醛，丁烯醛，马来酸酐，甲基丙烯酸缩水甘油酯，三羟甲基氨基甲烷草酸、丙二酸、柠檬酸、硼酸、环氧氯丙烷、硅烷偶联剂中的一种。
[0031]溶剂为水；
[0032]浸入聚乙烯醇溶液的时间为5～20分钟，热处理温度为50～80℃，时间为1～20min。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：
[0034]本申请利用薄且强度高的聚乙烯作为基底膜，与常规聚砜超滤基底相比，其疏松的膜主体可实现通量高选择性好的纳滤膜，可用于解决当前纳滤膜通量普遍较低的问题。
[0035]本申请以氧化剂对聚乙烯基底进行化学侵蚀，使聚乙烯表面激发出活性位点，侵
蚀后表面张力显著下降；与电晕，氧等离子体，辐照等方式不同，其化学侵蚀力较弱，对膜损伤较小，不影响膜的使用寿命，为后续的复合膜制备提供了前提条件。
[0036]本申请以氧化石墨烯功能片层的堆叠为截留层，片层的间隙用来筛分不同尺寸的离子，而片层上负载的负电荷产生荷电效应分离一价与二价离子，构成了一个天然的纳滤体系；辅以金属离子进行络合加固片层与基底的结合力，在机械强度与性能稳定性上均有较大提高。
[0037]本申请提供的聚乙烯基底复合氧化石墨烯工艺，与常规界面聚合工艺相比，操作简单易行，可控性强，具备进行连续大规模工业化生产的能力。
附图说明
[0038]图1金属离子作用机理示意图
[0039]图2 SEM表面形貌图，其中(1)和(2)为GO原膜，(3)和(4)为GO&Zn离子复合膜；
[0040]附图中的标记为：
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，其特征在于，在0.5 MPa下，纯水通量55～85 L/m
2 h，二价盐截留率为92％以上。2.如权利要求1所述的一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，其特征在于，聚乙烯基底膜浸入氧化剂中进行侵蚀，后在压力辅助下涂覆氧化石墨烯微片形成截盐层，最后涂覆聚乙烯醇进行交联，获得亲水且牢固的皮层。3.如权利要求1所述的一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：(1)将聚乙烯基底用异丙醇清洗后烘干，置于氧化剂中改性，浸没固定一段时间，后取出室温下晾干；(2)配置氧化石墨烯溶液，并加入金属离子与分散剂；(3)将氧化石墨烯溶液在0.1Mpa压力下负载于改性聚乙烯基底上，随后放入烘箱进行热处理；(4)将步骤(3)得到的初生纳滤膜浸入含交联剂的聚乙烯醇溶液，后放入烘箱进行热交联，得到聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜，干燥保存。4.如权利要求1所述的一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，所述的聚乙烯基底平均厚度为9～20微米；平均孔径为0.05～0.1微米。5.如权利要求1所述的一种聚乙烯基底复合氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，所述的氧化剂为次氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、三价钴盐、过硫酸盐、过氧化钠、过氧乙酸、过碳酸钠、过硼酸钠、重铬酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：程跃，王英杰，邱长泉，庄志，
申请(专利权)人：上海恩捷新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：