一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法，该仿生矿化膜的制备方法包括油相中聚二甲基硅氧烷低聚物的聚合，以及以正硅酸甲酯作为二氧化硅的前体，以半胱胺为诱导剂和催化剂，使得正硅酸甲酯和诱导剂分子在水/油界面发生水解和缩合反应，从而在氧化石墨烯表面原位生成二氧化硅颗粒，并使其均匀地嵌入PDMS基体中，得到仿生矿化膜。该仿生矿化膜具有很好的相容性，能够在保持较高富集因子的同时，具有很高渗透通量。

【技术实现步骤摘要】
一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法
本专利技术涉及渗透汽化膜
，且特别涉及一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法。
技术介绍
汽油是由石油提炼加工而成，由烷烃、C5-C14烯烃和环烷烃的混合物以及芳烃化合物组成。其组成取决于所用的原油，并且通常由来自重整、异构化和流化催化裂化(FCC)过程的不同共混组分组成。FCC汽油占汽油总产量的30-40％，使其成为汽油中硫成分的主要来源。汽油中的硫有多种形式，例如硫化物、硫醇和硫醚等。这些有机硫杂质在高温燃烧后会生成二氧化硫，进而导致酸雨。为此，世界各国都在大力推进和发展汽油脱硫技术。目前，常用脱硫技术是选择性氧化、催化萃取、烷基化萃取、选择性加氢处理和膜分离等。与其他分离工艺相比，膜分离具有许多优势，如分离效率高、能耗低、运行成本低、操作简单和工艺易于放大等。渗透汽化(PV)是一种新兴的膜分离技术，该技术用于汽油脱硫，具有不损失辛烷值、能耗低、环境友好、操作简单、易于工业放大等特点，已引起世界范围的关注。现有的渗透汽化膜主要是将无机材料与高分子材料简单共混，所以存在相容性差的问题，这直接导致复合膜的分离性能不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜的制备方法，此制备方法简单、易操作，适用于工业化生产。本专利技术的另一目的在于提供一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜，通过在氧化石墨烯表面原位形成二氧化硅颗粒，并使其均匀地嵌入聚合物基质中，得到仿生矿化膜，该仿生矿化膜具有很好的相容性，能够在保持较高富集因子的同时，具有很高的渗透通量。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将表面活性剂、聚二甲基硅氧烷低聚物、氧化石墨烯(GO)和正硅酸甲酯溶解在正庚烷中，室温下搅拌，得到第一混合液；S2、将半胱胺溶于Tris-盐酸缓冲溶液，得到诱导剂；S3、在所述第一混合液中滴加所述诱导剂，搅拌20～40min后滴加催化剂，得到第二混合液；S4、以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，在室温下将所述第二混合液浇铸在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，在空气中干燥、退火，得到仿生矿化膜。本专利技术提出一噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜，其根据上述制备方法制得。本专利技术实施例的噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法的有益效果是：本专利技术通过油相中聚二甲基硅氧烷(PDMS)低聚物的聚合和反向微乳液中氧化石墨烯表面上二氧化硅沉淀这两者的协同作用原位制备仿生矿化膜。其中，二氧化硅沉淀的制备以正硅酸甲酯(TMOS)作为二氧化硅的前体，以半胱胺为诱导剂和催化剂，当TMOS和诱导剂分子在水/油界面遇到时，就会发生水解和缩合反应，从而在氧化石墨烯表面原位生成二氧化硅颗粒，并使其均匀地嵌入PDMS基体中，得到仿生矿化膜。该仿生矿化膜具有很好的相容性，能够在保持较高富集因子的同时，具有很高渗透通量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例的仿生矿化膜的制备流程图；图2为本专利技术实施例3的仿生矿化膜断面的SEM图像；图3为本专利技术实施例3的仿生矿化膜的红外光谱图；图4为本专利技术实施例3的仿生矿化膜的XRD图；图5为本专利技术实施例3的仿生矿化膜和对比例1的PDMS膜的TGA、DTG和DSC曲线图；图6为GO添加量对仿生矿化膜的渗透汽化脱硫性能的影响图；图7为料液中噻吩含量对仿生矿化膜的分离性能的影响图；图8为操作温度对仿生矿化膜的分离性能的影响图；图9为操作温度对正辛烷通量和噻吩通量的影响图；图10为本专利技术仿生矿化膜的操作稳定性图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜及其制备方法进行具体说明。参见图1所示，本专利技术实施例提供的一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将表面活性剂、聚二甲基硅氧烷低聚物、氧化石墨烯和正硅酸甲酯溶解在正庚烷中，室温下搅拌，得到第一混合液。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述表面活性剂为质量比为1:1～1.5的吐温和司班的混合表面活性剂。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述聚二甲基硅氧烷低聚物、所述表面活性剂和所述正硅酸甲酯的质量比为1:0.05～0.15:0.1～0.2。S2、将半胱胺溶于Tris-盐酸缓冲溶液，得到诱导剂。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述Tris-盐酸缓冲溶液的摩尔浓度为0.02～0.03mol/L。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述诱导剂的摩尔浓度为0.45～0.55mol/L，所述诱导剂的PH为6.5～7.5。优选地，所述诱导剂的PH为7。由半胱胺催化的TMOS水解反应机理是亲核取代——由负阴离子攻击硅原子。在水/油界面处产生的二氧化硅粒子的尺寸和形状主要受水溶液的pH值影响。Si(OR)4的水解速率在pH＝7.0时最低，并随pH的增大呈指数增长。相反，缩合速率在pH＝2.0时最小，而在pH＝7.0时最大，此时生成的二氧化硅溶出速率最大且尺寸较小。本专利技术的半胱胺水溶液的pH值为7.0，不仅有利于Si(OR)4的水解，且不利于Si(OH)4的缩合。因此，在半胱胺的作用下，生成的二氧化硅能均匀地沉积在氧化石墨烯的表面上。S3、在所述第一混合液中滴加所述诱导剂，搅拌20～40min后滴加催化剂，得到第二混合液。在机械搅拌下将第一混合液与诱导剂混合，形成反胶束，此时，诱导剂包埋在微乳液中心，在表面活性剂的作用下能稳定分散在非极性溶剂正庚烷中。以TMOS作为二氧化硅前体，半胱胺作诱导剂和催化剂，当二氧化硅前体和诱导剂分子在水/油界面相遇时，会发生水解和缩合反应从而在GO表面原位沉积二氧化硅。本专利技术通过油相中PDMS低聚物的聚合以及反向微乳液中氧化石墨烯表面生成二氧化硅这两者的协同作用，原位制备仿生矿化膜。在制备仿生矿化膜的过程中，TMOS不仅作为二氧化硅前体用于生成二氧化硅，同时还可以作为PDMS的交联剂促进PDMS低聚物的聚合。PDMS的存在可以显著提高体系的粘度，减少液滴之间碰撞的可能性，从而大大提高了微乳液的稳定性。此外，PDMS基体与石墨烯-二氧化硅核壳结构的良好相容性还能促进矿化后石墨烯-二氧化硅核壳结构在PDMS基体中的均匀分散。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。S4、以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将表面活性剂、聚二甲基硅氧烷低聚物、氧化石墨烯和正硅酸甲酯溶解在正庚烷中，室温下搅拌，得到第一混合液；/nS2、将半胱胺溶于Tris-盐酸缓冲溶液，得到诱导剂；/nS3、在所述第一混合液中滴加所述诱导剂，搅拌20～40min后滴加催化剂，得到第二混合液；/nS4、以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，在室温下将所述第二混合液浇铸在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，在空气中干燥、退火，得到仿生矿化膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种噻吩选择性石墨烯仿生矿化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将表面活性剂、聚二甲基硅氧烷低聚物、氧化石墨烯和正硅酸甲酯溶解在正庚烷中，室温下搅拌，得到第一混合液；
S2、将半胱胺溶于Tris-盐酸缓冲溶液，得到诱导剂；
S3、在所述第一混合液中滴加所述诱导剂，搅拌20～40min后滴加催化剂，得到第二混合液；
S4、以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，在室温下将所述第二混合液浇铸在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，在空气中干燥、退火，得到仿生矿化膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为质量比为1:1～1.5的吐温和司班的混合表面活性剂。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷低聚物、所述表面活性剂和所述正硅酸甲酯的质量比为1:0.05～0.15:0.1～0.2。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭平，兰永强，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：发明
国别省市：福建;35