一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜及其制备方法，包括底膜浸泡预处理以及将氧化石墨烯悬浮液与MXene悬浮液均匀混合后真空抽滤至底膜，在烘箱中进一步发生交联反应，得到所述氧化石墨烯/MXene共混交联膜，所述氧化石墨烯与MXene材料的质量比为1：(0.25～4)。本发明专利技术将氧化石墨烯与MXene混合时，不规则状MXene颗粒材料可作为插入剂和分散剂，进入到石墨烯片层间，克服石墨烯片层之间的团聚效应，减少其表面含氧官能团增大其可用比表面积，对于氧化石墨烯和MXene的不同层间距，MXene与氧化石墨烯的混合将导致复合膜的层状结构排列更规整，有望在高溶剂通量和高染料截留率之间达到平衡。留率之间达到平衡。留率之间达到平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯
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MXene共混交联膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于二维交联膜材料制备领域，更加具体地说，具体涉及氧化石墨烯/MXene共混交联膜的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种纳米材料，单层石墨烯非常薄(约0.35mm)。它是由sp2杂化碳原子形成的仅具有一个原子厚度的二维材料。在二维材料中，由于氧化石墨烯(GO)的层间距离小，足以完全保留目标分子，因此已在分子筛过程中进行了广泛的研究。氧化石墨烯膜在水性应用(例如水处理)中的不稳定性和低渗透性成为其广泛应用的重大障碍。
[0003]MXene以Ti3C2T
X
作为代表物质，具有比表面积大、长径比高和亲水表面的特点，其表面富含-OH基团为Ti3C2T
X
纳米片提供了更多的应用前景。虽然MXene纯膜对于溶剂的通量很高，但是其对于染料的截留率很低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对当前氧化石墨烯膜的通量不足、不稳定与MXene膜染料截留率低等不足，充分结合两种材料的特点，研发一种氧化石墨烯/MXene共混并以聚多巴胺(PDA)作为交联剂的共混交联膜制备方法，可为制备高通量高染料截留的二维材料膜提供重要参考。
[0005]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜及其制备方法，按照下述步骤进行制备：以负载多巴胺的基膜作为过滤层，对分散有氧化石墨烯和MXene的悬浮液进行过滤，再将过滤得到的产物进行热处理，其中：以基膜在多巴胺盐酸盐碱性溶液中浸泡以负载多巴胺；氧化石墨烯和MXene材料的质量比为1：(0.25～4)；在进行热处理时，选择有氧条件，温度在70℃以上。
[0007]而且，采用聚偏氟乙烯膜负载多巴胺，孔径为0.16—0.26μm，优选孔径为0.22—0.26μm。
[0008]而且，采用聚偏氟乙烯膜在多巴胺盐酸盐碱性溶液中浸泡，以得到负载多巴胺的基膜，碱性缓冲溶液为三羟基盐酸Tri-HCl(pH＝8—8.5)。
[0009]而且，氧化石墨烯和MXene材料的质量比为1：(1—4)。
[0010]而且，MXene材料为Ti3C2T
x
(T
x
为-OH、-F等官能团)或者Ti2CT
x
(T
x
为-OH、-F等官能团)。
[0011]而且，氧化石墨烯采用改良的Hummers方法制备。
[0012]而且，在进行热处理时，选择有氧条件，温度为70—90℃，优选80—90℃；时间为5—15小时，优选10—12小时。
[0013]而且，多巴胺盐酸盐在热处理时(高温且碱性条件下)，与氧化石墨烯发生氧化还原反应获得聚多巴胺(PDA)，并与氧化石墨烯及MXene交联。
[0014]而且，聚多巴胺(PDA)与氧化石墨烯的质量比为(1.5～6)：1，优选(2—5)：1。
[0015]本专利技术将氧化石墨烯/MXene混合时，不规则状MXene颗粒材料可作为插入剂和分散剂，进入到石墨烯片层间，克服石墨烯片层之间的团聚效应，增大其可用比表面积。同时MXene与氧化石墨烯的混合使得复合膜的层状结构排列得更规整，这可能会在高溶剂通量和高染料截留率之间达到平衡。本专利技术将多巴胺盐酸盐与氧化石墨烯的反应从混合液制备过程后移至混合交联膜烘干过程中进行，避免了在混合液中多巴胺盐酸盐与氧化石墨烯反应不充分，无法生成聚多巴胺的不足。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的技术方案专利技术将氧化石墨烯与亲水性良好的MXene相结合，同时以聚多巴胺(PDA)作为交联剂，制备出新型膜材料，提供一种稳定性好、通量高、染料截留率高的氧化石墨烯/MXene共混交联膜(即本专利技术的交联膜在过滤膜中的应用)。
附图说明
[0017]图1为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜的外观照片。
[0018]图2为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜的SEM和EDS照片，其中(a)为交联膜的表面SEM，(b)为(a)中交联膜表面的EDS，(c)为交联膜的截面SEM，(d)为(c)中交联膜截面的EDS。
[0019]图3为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜(干膜)不同配比的XRD谱线图。
[0020]图4为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜(湿膜)不同配比的XRD谱线图。
[0021]图5为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜不同配比的水通量测试结果柱状图。
[0022]图6为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜不同配比的截留率测试结果柱状图。
[0023]图7为本专利技术制备的氧化石墨烯/MXene共混交联膜不同配比的渗透系数—压力曲线图。
具体实施方式
[0024]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0025]氧化石墨烯(GO)采用改良的Hummers方法制备。将石墨粉(3.0g 325目)和硝酸钠(1.5g)加入到75ml浓硫酸当中，在0℃下搅拌，然后缓慢加入9.0g高锰酸钾。然后将溶液转移到35℃的油浴中搅拌1h，之后，在加热至95℃之前缓慢加入水(150ml)，并搅拌30min。在溶液冷却至室温后，加入额外的300ml超纯水和9m l3wt％的H2O2(双氧水)。将黄色溶液过滤，使用盐酸水溶液(1M，500ml)冲洗，然后用水(150ml)冲洗。残渣用水稀释，使用(数均)分子量为8000—14000g/mol的透析袋脱盐一周(七天，每天24小时)。使用超声波清洁剂将生产品剥落30min，然后离心(4000rpm，30min)去除沉淀，由此产生的GO分散液被冷冻干燥并储存在黑暗中，用于共混的氧化石墨烯悬浮液浓度为1mg/ml。
[0026]MXene的具体制备方法如下：1.6g氟化锂缓慢溶于20mL的浓度为9mol/L的盐酸中，搅拌5min，匀速缓慢加入1g Ti3AlC2(用时10min)，室温(20—25摄氏度)下搅拌24h。然后用去离子水洗涤离心，离心转速为3500r/min，每次离心5min，离心6-8次，使溶液的pH大于6。
收集沉淀，溶于100mL水中，在氩气保护的氛围下，超声3h。最后3500rpm，离心1h，收集上清液，用于共混的MXene悬浮液浓度为1mg/ml。
[0027]本专利技术使用聚偏氟乙烯膜(PVDF)(孔径0.22μm)作为支撑层，即基膜，将聚偏氟乙烯膜(PVDF)在多巴胺盐酸盐碱性溶液中浸泡，以形成负载多巴胺的基膜，以进行后续使用。
[0028]实施例—氧化石墨烯/MXene共混交联膜(质量比1：4)的制备及以胭脂红为染料代表的截留率测试
[0029]取1mg/ml氧化石墨烯悬浮液5ml，1mg/ml MXene悬浮液20ml，定容至250ml容量瓶中，在25kH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜，其特征在于，按照下述步骤进行制备：以负载多巴胺的基膜作为过滤层，对分散有氧化石墨烯和MXene的悬浮液进行过滤，再将过滤得到的产物进行热处理，其中：以基膜在多巴胺盐酸盐碱性溶液中浸泡以负载多巴胺；氧化石墨烯和MXene材料的质量比为1：(0.25～4)；在进行热处理时，选择有氧条件，温度在70℃以上。2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜，其特征在于，采用聚偏氟乙烯膜负载多巴胺，孔径为0.16—0.26μm，优选孔径为0.22—0.26μm；采用聚偏氟乙烯膜在多巴胺盐酸盐碱性溶液中浸泡，以得到负载多巴胺的基膜，碱性缓冲溶液为三羟基盐酸Tri-HCl(pH＝8—8.5)。3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜，其特征在于，MXene材料为Ti3C2T
x
(T
x
为-OH、-F官能团)或者Ti2CT
x
(T
x
为-OH、-F官能团)；氧化石墨烯采用改良的Hummers方法制备；氧化石墨烯和MXene材料的质量比为1：(1—4)。4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜，其特征在于，在进行热处理时，选择有氧条件，温度为70—90℃，优选80—90℃；时间为5—15小时，优选10—12小时。5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯—MXene共混交联膜，其特征在于，多巴胺盐酸盐在热处理时，与氧化石墨烯发生氧化还原反应获得聚多巴胺，并与氧化石墨烯及MXene交联；聚多巴胺与氧化石墨烯的质量比为(1.5～6)：1，优选(2—5)：1。6.一种氧化石墨烯—MXene共...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣，车宇昂，祁华标，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：