一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜及其制作方法，包括氧化石墨烯、与氧化石墨烯共混制备的聚砜超滤膜、植入聚砜超滤孔道表面的氨基化的二氧化钛纳米颗粒、N

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜及其制作方法


[0001]本专利技术涉及滤膜制备
，尤其涉及一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜及其制作方法。

技术介绍

[0002]当前水体污染中的油类污染处理是研究的重点，含油废水的乳液是目前最难处理的，这不仅对自然环境造成了污染，同时废水中的油类资源也无法回收利用。通过特殊浸润性的膜处理来进行乳液油水分离成了当今研究热点。但目前通过这个技术制备出的乳液油水分离滤膜，都会存在易受油类污染、重复使用性差、制备成本较高的问题。
[0003]近年来，有机溶剂被广泛应用于石油化工、印刷、炼焦、皮革、农药、医药等领域，它们具有产量大、种类多、分布广、涉及行业多等显著特点。这些有机溶剂在生产、运输、贮藏、使用等方面均存在环境风险和污染危害。传统的有机溶剂分离和回收的方法如萃取、蒸馏等存在能耗大、溶剂损耗大等缺点，且在回收和再生处理这些有机溶剂过程中存在严重的二次污染。因此工业有机溶剂的合理利用与回收引起了业界的高度重视和关注。
[0004]超滤技术操作简单，成本低廉，不需要添加其他化学试剂，已广泛应用于海水淡化、给水处理、污水处理、制药工程、农业生产等领域。超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一，以溶液中的杂质颗粒或大分子的分离为目的，膜孔径一般在(埃)之间。商品超滤膜在水溶液体系中具有很好的稳定性和分离性能，但当用于有机溶剂体系分离时，在很多有机溶剂中易发生溶胀或溶解，导致其应用范围受到限制。
[0005]目前，制备超滤膜的方法主要有浸沉凝胶相转化法、热致相分离法、拉伸成孔法等。浸沉凝胶相转化是指将均一的聚合物溶液(铸膜液)浸入到由非溶剂溶液组成的凝胶浴中，通过溶剂与非溶剂之间的质量交换，使聚合物溶液发生相分离，所形成的聚合物富相构成了膜的主体结构，而聚合物贫相就形成了膜结构中的孔结构，从而制备出所需要的多孔膜，该法因操作简单、成本低廉、设备简单而得到广泛应用。
[0006]在相转化膜制备过程中，通过向铸膜液中加入无机纳米颗粒，例如介孔SiO2，纳米TiO2、ZnO，MOFs(MetalOrganicFrameworks)、碳纳米管等作为无机纳米单元，可制备出机械性能良好的高通量有机/无机杂化超滤膜，因其操作简单，而成为近年来的研究热点。所制备的膜在机械性能、通量方面具备一定的优势，但是无法满足在过滤有机溶剂体系时对于膜稳定性的要求。现有的产品中，大多是用曝气膜、萃取膜、固液分离膜等MBR膜来处理乳液油水。这些方法是采用物理性阻隔方法，利用材料本身的独特性质将乳液进行油水分离，但是MBR膜容易被污染、成本较高、水通量和牛血清蛋白水溶液截留率低、使用寿命短。
[0007]因此开发一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜是滤膜制备领域中一项重要的挑战。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：为了解决上述的问题，而提出的一种超亲水低分子截留的石
墨烯复合超滤膜及其制作方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0010]一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜，包括氧化石墨烯、与氧化石墨烯共混制备的聚砜超滤膜、植入聚砜超滤孔道表面的氨基化的二氧化钛纳米颗粒、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、水合肼、氨水。
[0011]作为上述技术方案的进一步描述：
[0012]所述水合肼、氨水的体积比为1：3.5。
[0013]作为上述技术方案的进一步描述：
[0014]所述超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜是将半固化聚砜膜置于包含二氧化钛纳米颗粒和水混合凝中相转化而成。
[0015]作为上述技术方案的进一步描述：
[0016]所述氧化石墨烯为羧基化氧化石墨烯。
[0017]作为上述技术方案的进一步描述：
[0018]一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜的其制作方法，包括以下步骤：
[0019]S1:将丙酮倒入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，加热至70℃，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVPk30)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPk90)、聚偏氟乙烯(PVDF)，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)和聚乙烯吡咯烷酮(PVPk90)、聚偏氟乙烯(PVDF)的质量比为1：1:1.76，搅拌一段时间后，加入氧化石墨烯共混制备的聚砜超滤膜液，植入聚砜超滤孔道表面的氨基化的二氧化钛纳米颗粒，混个搅拌后2个小时制成铸膜液；
[0020]S2:将S1中得到的铸膜液静置一段时间，使其气泡脱出后得到均相铸膜液；
[0021]S3:将S2中得到的均相铸膜液在玻璃板上用刮成平板膜，放入去离子水中，维持水温，30分钟后用乙醇冲洗，制得平板膜；
[0022]S4：将氧化石墨烯分散于去离子水和乙醇中，超声40-60分钟，制成氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入52wt％水合肼和30wt％氨水，在30～60℃温度下反应2～4h制得石墨烯混合液。石墨烯的质量分数为0.05-0.2％；
[0023]S5：将步骤S3中制得的平板膜浸入步骤5的石墨烯混合液中，进行抽滤，所得膜静置后低温烘干，制得石墨烯复合超滤膜。
[0024]作为上述技术方案的进一步描述：
[0025]所述聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮的质量比为1:6:5.33。
[0026]作为上述技术方案的进一步描述：
[0027]所述S1中搅拌时间为2-3小时。
[0028]作为上述技术方案的进一步描述：
[0029]所述氧化石墨烯的片径为1-5m厚度为1-1.2nm。
[0030]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0031]1、本专利技术中，掺杂石墨烯质量分数越高的超滤膜，较未掺杂石墨烯质量分数低的超滤膜，具有更好的机械性能及耐溶胀性，其拉伸强度高，水通量大，对牛血清蛋白截留率高，浸泡在去离子水中一段时间后，膜面基本无变化，而掺杂石墨烯质量分数低的超滤膜膜面则出现裂纹。这是因为通过氧化石墨烯与聚砜共混制膜，利用氧化石墨烯的羟基提高了
超滤膜的亲水和抗污染能力，继而通过将氨基化的二氧化钛与水的分散液作为凝固液对半固化的超滤膜进行抽滤固化，氨基化二氧化钛的氨基在固化过程与氧化石墨烯边缘的羧基交联，使得通过物理和化学双重作用提高了二氧化钛纳米颗粒与膜的结合力，增强了有机骨架之间的相互作用，使得有机骨架的机械强度大大加强，所制备的超滤膜机械性能明显改善，膜的耐溶剂性能大幅度增强，取得了显著的技术效果。
[0032]2、本专利技术中，通过用水合肼预先对氧化石墨烯进行部分还原的方式，能够增强层间作用力从而提高其稳定性，克服了纯的氧化石墨烯膜稳定性差的缺点。
[0033]3、本专利技术中，在膜制备过程中可有效地干预膜的结构，形成大量的纳米尺度的通道，由此大幅度提高了膜的通量，并保持膜的分离性能。所制备的超滤膜通量显著增加，机械性能明显改善，膜的耐有机溶剂性能大幅度增强，截留本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜，其特征在于，包括氧化石墨烯、与氧化石墨烯共混制备的聚砜超滤膜、植入聚砜超滤孔道表面的氨基化的二氧化钛纳米颗粒、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、水合肼、氨水。2.根据权利要求1所述的一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜的其制作方法，其特征在于，所述水合肼、氨水的体积比为1：3.5。3.根据权利要求1所述的一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜的其制作方法，其特征在于，所述超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜是将半固化聚砜膜置于包含二氧化钛纳米颗粒和水混合凝中相转化而成。4.根据权利要求1所述的一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜的其制作方法，其特征在于，所述氧化石墨烯为羧基化氧化石墨烯。5.根据权利要求1所述的一种超亲水低分子截留的石墨烯复合超滤膜的其制作方法，包括以下步骤：S1:将丙酮倒入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，加热至70℃，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVPk30)、聚乙烯吡咯烷酮(PVPk90)、聚偏氟乙烯(PVDF)，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)和聚乙烯吡咯烷酮(PVPk90)、聚偏氟乙烯(PVDF)的质量比为1：1:1.76，搅拌一段时间后，加入氧化石墨烯共混制备的聚砜超...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚，
申请(专利权)人：迈博瑞生物膜技术南通有限公司，
类型：发明
国别省市：