一种原位生长多孔MOF插层的氧化石墨烯膜、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种原位生长多孔MOF插层的氧化石墨烯膜、制备方法及应用，通过采用原位生长多孔纳米粒子协同涂覆疏水聚合物，制备多孔疏水石墨烯膜。本发明专利技术制备的疏水氧化石墨烯膜用于膜蒸馏脱盐，具有良好的疏水性、高膜通量和截盐率，且分离性能优异。且分离性能优异。且分离性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种原位生长多孔MOF插层的氧化石墨烯膜、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于石墨烯
，具体涉及一种疏水氧化石墨烯膜的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水资源的短缺和安全问题是21世纪最大的挑战之一。水是地球上对生命来说最珍贵的资源，却变得越来越稀缺。人口的快速增长，工业化的急速发展以及气候变化等问题对水资源的安全性造成了巨大的压力，进一步恶化了全球水资源危机。
[0003]海水淡化是解决水资源短缺，尤其是饮用水，最常用的方法。为了解决这一挑战，我们迫切需要研发低成本、低能耗、环保安全的海水淡化技术来获得清洁水资源的持续供应。与传统脱盐技术相比，膜分离脱盐技术具有明显优势：与传统吸附方法相比使用更少的空间；具有优异的分离效率和选择性，可以获得更高的水质。
[0004]膜蒸馏，一种典型的膜分离脱盐技术，以膜两侧的温度差为驱动力，将膜分离与蒸馏相结合，原料液中的水在膜表面蒸发，水以蒸汽的形式透过疏水、多孔膜的孔道，在渗透侧被冷凝，而盐离子被截留在膜表面，从而实现分离。在海水淡化领域，与压滤膜技术对比，膜蒸馏具有操作条件温和、理论截盐率高等优势，展现出重要的研究潜力。
[0005]石墨烯作为一种新兴碳材料，由于其具有优异的导电导热、高强度、高透光率等性能，使石墨烯在复合材料、能源、生物等领域得到了广泛的发展和应用。近年来，以石墨烯为代表的二维材料，由于其兼具独特的层状结构、易于修饰、本征疏水性和各向异性导热的性质，使其成为构筑高性能膜蒸馏分离膜的理想材料。但是在进行石墨烯膜的制备时，由于片层之间的挤压会导致间隙小、通量小
[1,2]；结合专利内容和已有文献报导结果
[3,4]，如果在片层之间直接混合一些颗粒物来填充片层时，一定程度可以提高膜的多孔性，但也容易导致插层不均匀，从而导致传质受阻、多孔性不佳、分离效果差等问题。
[0006]参考文献：
[0007][1]CHEN L,SHI G,SHEN J,et al.Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing[J].Nature,2017,550(7676):415
‑
8；
[0008][2]JOSHI R K,CARBONE P,WANG F C,et al.Precise and Ultrafast Molecular Sieving Through Graphene Oxide Membranes[J].Science,2014,343(6172):752
‑
4；
[0009][3]LU X,GENG Y,WU G,et al.Preparation of metal organic frameworks/graphene oxide composite membranes for water capturing from air[J].Materials Today Communications,2021,26.[4]CN111450711A。

技术实现思路

[0010]本专利要解决的技术问题是：通过颗粒物填充石墨烯片层制备得到的分离膜的过程中，由于纳米颗粒在片层之间的分布、插层不充分而导致的传质效果不好、分离效果差的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有良好的疏水性、高膜通量和截盐率，且分离性能优异
的疏水氧化石墨烯膜的制备方法。
[0011]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0012]一种氧化石墨烯膜，包括支撑层以及选择分离层，选择分离层是由多层氧化石墨烯纳米片构成，且氧化石墨烯纳米片的表面分布有MOF
‑
801纳米颗粒，MOF801纳米颗粒位于相邻的氧化石墨烯纳米片之间，选择分离层的表面还覆盖有疏水修饰层。
[0013]优选地，所述的MOF
‑
801纳米颗粒具有多孔结构。
[0014]优选地，所述的疏水修饰层的材质是PDMS。
[0015]优选地，所述的支撑层是多孔无机材料或者多孔聚合物材料。
[0016]一种疏水氧化石墨烯膜的制备方法，包括以下具体步骤：
[0017]S1、提供具有原位生长多孔纳米颗粒的MOF
‑
801@GO分散液；
[0018]S2、将MOF
‑
801@GO分散液与有机溶剂混合，超声后真空抽滤至疏水PVDF支撑体上，室温干燥，得到MOF
‑
801@GO膜；
[0019]S3、对MOF
‑
801@GO膜旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMS)
‑
油相溶液，干燥后热处理，得到疏水MOF
‑
801@GO
‑
PDMS膜。
[0020]优选地，所述的油相溶液采用烃类作为溶剂。
[0021]优选地，MOF
‑
801@GO分散液包括以下制备步骤：
[0022](1)提供GO分散液；
[0023](2)将ZrOCl2·
8H2O、分散溶剂、酸剂与GO分散液混合均匀，搅拌；
[0024](3)将C4H4O4、分散溶剂与酸剂混合均匀，搅拌；
[0025](4)将(3)中的混合溶液缓慢倒入(2)中，混合均匀后，搅拌，离心，室温真空干燥得到MOF
‑
801@GO粉末，再加入分散溶剂分散，得到MOF
‑
801@GO分散液。
[0026]优选地，GO分散液的制备步骤为：取GO与分散溶剂混合均匀，超声将GO片层充分剥离，得到GO分散液。
[0027]优选地，分散溶剂为去离子水或N
’
N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)。
[0028]优选地，酸剂包括乙酸、甲酸、盐酸或磷酸中的一种。
[0029]优选地，MOF
‑
801@GO膜在旋涂PDMS
‑
油相溶液之后进行活化处理。
[0030]优选地，活化处理步骤为：将MOF
‑
801@GO膜浸泡在活化剂中，静置一段时间后取出，室温干燥以活化MOF
‑
801纳米孔。
[0031]优选地，活化剂为醇类，优选甲醇或者乙醇。
[0032]优选地，旋涂操作条件为旋涂6次，1mL/次，1500rpm，旋转喷涂30s。
[0033]上述疏水氧化石墨烯膜的应用，用于膜蒸馏脱盐。
[0034]本专利技术的有益之处在于：本专利技术采用原位生长多孔纳米粒子协同涂覆疏水聚合物制备多孔疏水石墨烯膜，能明显改善其脱盐性能；相对于直接混合纳米颗粒，通过原位生长可以使粒子在聚合物的表面分散更均匀、嵌入稳定性更好，进而保证了插层效果；同时，由于MOF801纳米颗粒具有多孔结构，其本征多孔结构又可以提供额外的水蒸汽传质路径以提高水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯膜，其特征在于，包括支撑层以及选择分离层，所述的选择分离层是由多层氧化石墨烯纳米片构成，且氧化石墨烯纳米片的表面分布有MOF
‑
801纳米颗粒，所述的MOF801纳米颗粒位于相邻的氧化石墨烯纳米片之间，所述的选择分离层的表面还覆盖有疏水修饰层。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯膜，其特征在于，所述的MOF
‑
801纳米颗粒具有多孔结构。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯膜，其特征在于，所述的疏水修饰层的材质是PDMS；所述的支撑层是多孔无机材料或者多孔聚合物材料。4.权利要求1所述的疏水氧化石墨烯膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、提供具有原位生长多孔纳米颗粒的MOF
‑
801@GO分散液；S2、将MOF
‑
801@GO分散液与有机溶剂混合，超声后真空抽滤至疏水PVDF支撑体上，室温干燥，得到MOF
‑
801@GO膜；S3、对MOF
‑
801@GO膜旋涂乙烯基聚二甲基硅氧烷（PDMS）
‑
油相溶液，干燥后热处理，得到疏水MOF
‑
801@GO
‑
PDMS膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的油相溶液采用烃类作为溶剂。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，MOF
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘公平，茆羊羊，金万勤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：