一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜及其应用，所述具有正负电异质结构的两面纳滤膜包括基膜和在基膜一侧表面沉积组装的上下两面纳滤膜，所述两面纳滤膜为在基膜上依次先后沉积的一面正电片层和一面负电片层，或者是在基膜上依次先后沉积的一面负电片层和一面正电片层；所述正电片层的材料为经过季铵化改性的氧化石墨烯PGO，所述负电片层的材料为经过羧基化改性的氧化石墨烯GGO，PGO与GGO在基膜上的沉积质量比为1~4:5~2。本发明专利技术通过改变两面纳滤膜上下层的结构以及上下层的异质电性程度，可以高效的实现二价离子的截留以及镁锂分离，在海水淡化的预处理以及盐湖卤水的锂提取领域具有广阔的前景。卤水的锂提取领域具有广阔的前景。卤水的锂提取领域具有广阔的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜及其应用


[0001]本专利技术属于环境材料制备
，具体涉及一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜及其应用。

技术介绍

[0002]纳滤(NF)是一种孔径小于2nm的压力驱动分离膜，具有选择性离子
‑
离子分离以及二价离子截留的潜力，通常应用于低操作压力下的反渗透技术的预处理过程以及盐湖卤水中的镁锂分离过程。
[0003]但是现有技术中常规的纳滤(NF)在选择性分离镁锂离子时，由于锂离子带正电，单一的荷正电膜同样会排斥锂离子，因此在进行镁锂分离的过程中也会造成锂离子的损失，分离效果不太理想。另外，现有技术中常规的纳滤(NF)在用于海水淡化预处理中截留二价离子时，仅荷单种电性的纳滤膜仅对二价同离子具有较高的截留能力，而对反离子的截留能力相对较低，导致存在对二价反离子截留能力低的问题，这限制了纳滤膜在海水淡化中的广泛应用。
[0004]因此，开发一种新型的带有异质电性的纳滤膜来实现Mg
2+
/Li
+
分离和二价离子的截留是非常迫切的。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜及其应用。本专利技术公开了一种简单易行的制备具有上下层异质电性的Janus（两面）纳滤膜的方法，以氧化石墨烯作为功能材料基础进行改性，实现氧化石墨烯的季铵化改性以及羧基化改性，通过顺次真空抽滤的方法制备了两种具有上下层异质电性的两面纳滤膜，解决传统纳滤膜镁锂分离效率低以及对二价反离子截留能力低的问题。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于包括基膜和在基膜一侧表面沉积组装的上下两面纳滤膜，所述两面纳滤膜为在基膜上依次先后沉积的一面正电片层和一面负电片层，或者是在基膜上依次先后沉积的一面负电片层和一面正电片层；所述正电片层的材料为经过季铵化改性的氧化石墨烯PGO，所述负电片层的材料为经过羧基化改性的氧化石墨烯GGO，PGO与GGO在基膜上的沉积质量比为1~4 : 5~2。
[0007]进一步地，在本专利技术的具有正负电异质结构的两面纳滤膜中，PGO与GGO在基膜上的沉积总量以6个质量单位计，基膜上沉积的PGO与GGO的质量比为1~4 : 5~2。例如基膜的有效面积为12.56 cm2时，若PGO的沉积量为10 ug，则GGO的沉积量为50 ug。
[0008]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述基膜为孔径为0.1um的聚合物基底膜，如聚醚砜、混合纤维素酯、尼龙等。
[0009]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于PGO与GGO两者在基膜上的总沉积量为1~10 ug/cm2，优选为3~6 ug/cm2。
[0010]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述季铵化改性的氧化石墨烯PGO的制备方法为：将氧化石墨烯GO、含胺基的聚合物（例如聚乙烯亚胺）和卤代烷分散在溶剂A中，混合超声0.5~2 h后，于50~70℃水浴加热反应2~4 h，随后分离沉淀，沉淀物用超纯水离心洗涤后，即得经过季铵化改性的氧化石墨烯PGO产物；将所述PGO产物分散于水中配制得到分散液，所得PGO分散液在基膜上过滤，即可在基膜上沉积一面正电片层。
[0011]进一步地，制备季铵化改性的氧化石墨烯PGO中，所述氧化石墨烯GO与含胺基聚合物的质量比为1 : 5~10，优选为1:7.5；氧化石墨烯GO的质量与卤代烷的体积之比为1:1~2，质量的单位是mg，体积的单位是mL。
[0012]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述经过羧基功能化改性的氧化石墨烯GGO的制备方法为：用NaOH溶液将氧化石墨烯GO水分散液的pH调节至9.5~10.5，然后加入羧基化合物（例如甘氨酸），所得混合物在室温下搅拌10~30h，然后用盐酸调节pH至中性，将混合液倒入透析袋中，在超纯水中透析一定时间从而去除反应产物中的杂质，最后离心沉淀即得经过羧基功能化改性的氧化石墨烯GGO产物；将所述GGO产物分散于水中配制得到分散液，所得GGO分散液在基膜上过滤，即可在基膜上沉积一面负电片层。
[0013]进一步地，制备羧基功能化改性的氧化石墨烯GGO中，所述氧化石墨烯GO与羧基化合物的质量比为1:1~3，优选为1:2；透析的时间为40~60h。
[0014]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜作为镁锂分离膜的应用，其特征在于所述具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其两面纳滤膜为在基膜上依次先后沉积的一面负电片层和一面正电片层。
[0015]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜作为镁锂分离膜的应用，其特征在于本专利技术制备得到PGO分散液和GGO分散液时，采用顺次抽滤法制备两面膜：利用真空抽滤装置将GGO分散液和PGO分散液在孔径为0.1um的聚合物商用膜上依次过滤，组装得到两面纳滤膜，所得的底层GGO和顶层PGO纳米片质量比不同的Janus膜记为Janus
‑
GP
‑
X。其中X为质量比，如5/1, 4/2, 3/3和2/4。该两面纳滤膜的底部为GGO层，顶部为PGO层。
[0016]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜在海水淡化预处理中的应用，其特征在于所述具有正负电异质结构的两面纳滤膜用于海水淡化预处理中截留二价离子，其两面纳滤膜为基膜上依次先后沉积的一面正电片层和一面负电片层。
[0017]所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜在海水淡化预处理中的应用，其特征在于本专利技术制备得到PGO分散液和GGO分散液时，采用顺次抽滤法制备两面膜：利用真空抽滤装置将PGO分散液和GGO分散液在孔径为0.1um的聚合物商用膜上依次过滤，组装得到两面纳滤膜，所得的底层PGO和顶层GGO纳米片质量比不同的Janus膜记为Janus
‑
PG
‑
X。该两面纳滤膜的底部为PGO层，顶部为GGO层。也就是说，Janus
‑
PG
‑
X的沉积顺序与Janus
‑
GP
‑
X相反。
[0018]与现有技术相比，本专利技术取得如下有益效果：1）通过羧基化和季铵化改性制备荷不同电性的氧化石墨烯片层，该方法操作高效，产物结构可控、电性可控。
[0019]2）通过顺次抽滤法制备成膜，上下层的质量分布可控，电性程度可控。
[0020]3）本专利技术通过改变上下层的结构以及上下层的异质电性程度，可以高效的实现二价离子的截留以及镁锂分离，在海水淡化的预处理以及盐湖卤水的锂提取领域具有广阔的
前景。
附图说明
[0021]图1为实施例1中PES滤膜的扫描电镜图（图中（a）），Janus
‑
GP
‑
3/3的扫描电镜图（图中（b））；Janus
‑
PG
‑
3/3的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于包括基膜和在基膜一侧表面沉积组装的上下两面纳滤膜，所述两面纳滤膜为在基膜上依次先后沉积的一面正电片层和一面负电片层，或者是在基膜上依次先后沉积的一面负电片层和一面正电片层；所述正电片层的材料为经过季铵化改性的氧化石墨烯PGO，所述负电片层的材料为经过羧基化改性的氧化石墨烯GGO，PGO与GGO在基膜上的沉积质量比为1~4 : 5~2。2.如权利要求1所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述基膜为聚合物基底膜。3.如权利要求1所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于PGO与GGO两者在基膜上的总沉积量为1~10ug/cm2，优选为3~6ug/cm2。4.如权利要求1所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述季铵化改性的氧化石墨烯PGO的制备方法为：将氧化石墨烯GO、含胺基官能团的聚合物和卤代烷分散在溶剂A中，混合超声0.5~2 h后，于50~70℃水浴加热反应2~4h，随后分离沉淀，沉淀物用超纯水离心洗涤后，即得经过季铵化改性的氧化石墨烯PGO产物；将所述PGO产物分散于水中配制得到分散液，所得PGO分散液在基膜上过滤，即可在基膜上沉积一面正电片层。5.如权利要求4所述的一种具有正负电异质结构的两面纳滤膜，其特征在于所述氧化石墨烯GO与含胺基官能团的聚合物的质量比为1 : 5~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小萤，王睿，叶其胜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：