一种渗透汽化膜及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种渗透汽化膜及其制备方法、应用，该种渗透汽化膜包括以下组分：聚合物基体；氧化石墨烯纳米片，掺杂于所述聚合物基体中，包含亲水性官能团；其中，所述氧化石墨烯纳米片沿膜的厚度方向取向。该种渗透汽化膜是将氧化石墨烯(Graphene Oxide，下文简写GO)纳米片掺杂入聚合物基体中制备有机

【技术实现步骤摘要】
一种渗透汽化膜及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于恒沸物及近沸物分离、微量水脱除、盐水淡化等分离领域，具体地，涉及一种渗透汽化膜及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]渗透汽化是一种以液体混合物中某组分在膜两侧的化学势梯度为传质驱动力，使组分在膜表面吸附溶解、在膜内扩散、最后在膜下游侧汽化，利用不同组分在溶解和扩散过程中的差异实现分离的一种新兴分离技术。渗透汽化具有能耗低、污染小、设备简单、操作方便等优点，可以应用到恒沸物及近沸物分离、微量水脱除、含盐水淡化等领域中，已成为化工、环保等领域的研究热点之一。
[0003]目前，渗透汽化膜存在通量不足的问题，限制了渗透汽化技术的大规模工业化应用。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术的目的是提供一种渗透汽化膜及其制备方法、应用，本专利技术的渗透汽化膜具有提高的渗透通量。
[0005]根据本专利技术的一个方面，所述渗透汽化膜，包括以下组分：聚合物基体；和分散于所述聚合物基体中的氧化石墨烯纳米片，所述氧化石墨烯纳米片包含亲水性官能团；其中，所述氧化石墨烯纳米片沿膜的厚度方向取向。
[0006]本专利技术中，通过将氧化石墨烯(Graphene Oxide，下文简写GO)纳米片掺杂入聚合物基体，并施加外部交流电场以对聚合物基体中的氧化石墨烯纳米片进行排布，使其在膜中发生取向，所制备的有机
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无机杂化膜(即渗透汽化膜)具有比未施加电场条件下制备的膜具有提高的渗透通量。
[0007]根据本专利技术一些实施方式，所述聚合物基体包括：聚醚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、三醋酸纤维素、聚羟基甲撑、磺化聚乙烯、聚酰胺、聚醚砜、海藻酸钠、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种；优选地，所述聚合物基体包括三醋酸纤维素。
[0008]根据本专利技术一些实施方式，所述氧化石墨烯纳米片的片径为0.05～5μm，优选为0.1～3μm，更优选为0.2～1.5μm。本专利技术中，术语“片径”是指氧化石墨烯纳米片的同一面上距离最远的两点之间的直线距离。
[0009]根据本专利技术一些实施方式，所述氧化石墨烯纳米片的亲水性官能团包含羧基、羟基和环氧基中的一种或多种。例如，采用购自Sigma
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Aldrich的、商品号为796034的氧化石墨烯纳米片。
[0010]根据本专利技术一些实施方式，所述氧化石墨烯纳米片相对于所述渗透汽化膜的质量分数为0.05～25wt％，优选为0.5～20wt％，更优选为2.5～15wt％。
[0011]根据本专利技术第二方面，还提供如上所述的渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤a)将氧化石墨烯纳米片分散于溶剂中，形成氧化石墨烯纳米片分散液，其中，
所述氧化石墨烯纳米片分散液中氧化石墨烯纳米片的含量为0.001～0.7wt％，优选为0.01～0.5wt％，更优选为0.05～0.3wt％；
[0013]步骤b)向步骤a)中所述氧化石墨烯纳米片分散液中加入聚合物基体，搅拌溶解形成铸膜液；
[0014]步骤c)将步骤b)中所述铸膜液浇铸成膜，置于电场作用中，干燥，获得电场取向的渗透汽化膜。
[0015]根据本专利技术一些实施方式，所述步骤a)中通过超声作用来制备氧化石墨烯纳米片分散液，超声分散时间为30～60分钟；和/或其中，所述氧化石墨烯纳米片片径为0.05～5μm，优选为0.1～3μm，更优选为0.2～1.5μm；和/或所述氧化石墨烯纳米片的亲水性官能团包含羧基、羟基和环氧基中的一种或多种；和/或所述溶剂包括1,4
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二氧六环、1,2
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二氯乙烷、异丙醇、邻二甲苯、环己酮、间二甲苯、无水乙醇、石油醚、、四氢呋喃、冰乙酸中的一种或多种，优选为1,4
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二氧六环。
[0016]根据本专利技术一些实施方式，所述步骤b)中，配制成聚合物基体浓度为0.1～15wt％，优选为0.5～10wt％，更优选为1～5wt％的铸膜液；和/或搅拌温度为40～80℃，时间为8～15小时；其中，所述聚合物基体包括聚醚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、三醋酸纤维素、聚羟基甲撑、磺化聚乙烯、聚酰胺、聚醚砜、海藻酸钠、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种，优选为三醋酸纤维素。
[0017]根据本专利技术一些实施方式，所述步骤c)中电场强度为400～5000V/cm，优选为500～3000V/cm，更优选为600～1000V/cm；和/或频率为400～1000Hz，，所述电场作用时间为10～120分钟；和/或所述干燥时间为2～24小时。
[0018]根据本专利技术第三方面，提供如上所述的渗透汽化膜和如上所述的渗透汽化膜的制备方法所制备的渗透汽化膜，在恒沸物及近沸物分离、微量水脱除、盐水淡化等领域的应用。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]本专利技术氧化石墨烯纳米片上存在亲水性官能团，可将其掺杂在聚合物中制备有机
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无机杂化膜，氧化石墨烯纳米片之间存在的间隙以及有机相与无机相之间形成的界面都可以成为渗透物在膜内的传质通道。
[0021]进一步地，本专利技术通过施加外部交流电场，对聚合物基体中的氧化石墨烯纳米片进行排布，使得GO纳米片在膜中发生取向，缩短渗透物分子在膜中的传质途径，提高渗透汽化膜的渗透通量。
附图说明
[0022]图1A为根据本专利技术实施例1制得的氧化石墨烯纳米片在1,4
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二氧六环中的分散液在电场作用下0秒、60秒、90秒、120秒以及150秒时显微镜观察图。
[0023]图1B为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在1,2
‑
二氯乙烷中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0024]图1C为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在异丙醇中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0025]图1D为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在邻二甲苯中的分散液在电
场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0026]图1E为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在环己酮中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0027]图1F为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在间二甲苯中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0028]图1G为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在无水乙醇中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0029]图1H为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在石油醚中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0030]图1I为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在四氢呋喃中的分散液在电场作用下0秒以及150秒时显微镜观察图。
[0031]图1J为根据本专利技术实施例2制得的氧化石墨烯纳米片在冰乙酸中的分散液在电场作用下0秒以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渗透汽化膜，其特征在于，包括以下组分：聚合物基体；和分散于所述聚合物基体中的氧化石墨烯纳米片，所述氧化石墨烯纳米片包含亲水性官能团；其中，所述氧化石墨烯纳米片沿膜的厚度方向取向。2.根据权利要求1所述的渗透汽化膜，其特征在于，所述聚合物基体包括：聚醚酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、三醋酸纤维素、聚羟基甲撑、磺化聚乙烯、聚酰胺、聚醚砜、海藻酸钠、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种；优选地，所述聚合物基体包括三醋酸纤维素。3.根据权利要求1或2所述的渗透汽化膜，其特征在于，所述氧化石墨烯纳米片的片径为0.05～5μm，优选为0.1～3μm，更优选为0.2～1.5μm；和/或所述氧化石墨烯纳米片的亲水性官能团包含羧基、羟基和环氧基中的一种或多种；和/或所述氧化石墨烯纳米片相对于所述渗透汽化膜的质量分数为0.05～25wt％，优选为0.5～20wt％，更优选为2.5～15wt％。4.一种如权利要求1
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3中任一项所述的渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a)将氧化石墨烯纳米片分散于溶剂中，形成氧化石墨烯纳米片分散液；其中，所述氧化石墨烯纳米片分散液中氧化石墨烯纳米片的含量为0.001～0.7wt％，优选为0.01～0.5wt％，更优选为0.05～0.3wt％；步骤b)向步骤a)中所述氧化石墨烯纳米片分散液中加入聚合物基体，搅拌溶解形成铸膜液；步骤c)将步骤b)中所述铸膜液浇铸成膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜润红，洋汉军，杜春良，闫伟，王晶晶，杜发鑫，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：