一种可净化染料废水复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可净化染料废水复合膜及其制备方法，可净化染料废水复合膜由氧化石墨烯和聚丙烯腈纤维组成；氧化石墨烯穿插在交错堆叠的聚丙烯腈纤维之间，形成三维网络支撑结构；可净化染料废水复合膜的孔隙率为18％～27％，水通量为330～850L/m2h，比表面积为15～400m2/g；制备方法为：将氧化石墨烯的无机分散液和聚丙烯腈溶液进行共轭静电纺丝，即得可净化染料废水复合膜。本发明专利技术的方法简单，适于规模化生产；本发明专利技术的产品吸附性好，去除率高。去除率高。去除率高。

【技术实现步骤摘要】
一种可净化染料废水复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于污水处理材料
，涉及一种可净化染料废水复合膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球化脚步的加快，工业得到飞速发展的同时环境污染也变得越来越严重，其中水污染是环境中最为严重的污染之一。工业废水和生活污水的随意排放，进一步加剧了本就缺水的现状；废水中的有害的物质有很多，最常见的有各类染料、造成动植物中毒的重金属以及使水富营养化的有机物质等，这些物质如果不加处理或者处理不完善，一旦进入水体会造成严重水污染。因此不管是生活污水还是工业废水，在排放前都要严格地处理水中的有害物质方可排放。
[0003]膜分离技术是一种简单、高效和方便的水处理手段，但水中污染物的多样化也导致对新型膜材料的需求也是越来越高，目前高分子纳米纤维膜材备受关注，而通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜因其有巨大的比表面积、制备方便，在水体净化中具有明显的优势。聚丙烯腈是静电纺丝中常用的纳米纤维膜基材，制备得到的纳米纤维膜具有多孔、柔软和耐化学试剂等特性。
[0004]目前废水处理的方式很多，一般采用对膜进行表面涂覆或者表面改性的方法来提升污水处理效率。氧化石墨烯作为一种可新型高效吸附材料具备超高的比表面积和大量的活性基团，在水处理等应用中也是相当广泛，其含有的的苯环结构和活性基团可通过静电作用、π
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π作用、氢键作用或者路易斯酸作用，从而达到将染料吸附或截留的目的。
[0005]文献1(Mixed Dye Removal Efficiency of Electrospun Polyacrylonitrile
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Graphene Oxide Composite Membranes.Polymers,2020.)使用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)表面活性剂对脱落的氧化石墨烯(GO)进行改性随后对混合物进行静电纺丝，形成GO
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PAN复合纳米纤维，但是制得的复合纤维对甲基蓝的的去除率低，仅为30％左右。
[0006]文献2(Design of durable and efficient poly(arylene ether nitrile)/bioinspired polydopamine coated graphene oxide nanofibrous composite membrane for anionic dyes separation.Chemical Engineering Journal,2017.)通过静电纺丝技术和热压处理制备了亚芳基醚腈纳米纤维毡，再通过真空抽吸方法将氧化石墨烯纳米片组装到亚芳基醚腈纳米纤维垫上，最后，将获得的亚芳基醚腈/氧化石墨烯纳米纤维复合膜通过生物启发的聚多巴胺涂层进一步改性，从而形成亚芳基醚腈/氧化石墨烯
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聚多巴胺纳米纤维复合膜，但是以上制备的方法过程过于繁琐，不适用于规模化生产。
[0007]文献3(Polyacrylonitrile nanofiber membranes incorporated with large reduced graphene oxide content in situ.Journal of Materials Science,2021.)使用阳离子表面活性剂对氧化石墨烯进行简单的表面改性，制备复合纳米纤维，随后通过加热和压力处理将其转化为膜型片材，但是所得的复合膜过滤染料的时间长、效率低。
[0008]因此，目前有关利用氧化石墨烯制备复合膜的方法过程繁琐，制得的复合膜除率
低，滤染料的时间长，已有的染料吸附膜材料的性能仍不能满足使用需求，不能同时满足制备过程简单、适合大规模生产、对染料有高去除率和高吸附量、并且无毒无污染等条件。
[0009]因此，开发一种可净化染料废水复合膜及其制备方法以解决上述问题具有重要意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可净化染料废水复合膜及其制备方法。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0012]一种可净化染料废水复合膜，复合膜由氧化石墨烯和聚丙烯腈纤维组成；所述氧化石墨烯穿插在交错堆叠的所述聚丙烯腈纤维之间，形成三维网络支撑结构；
[0013]本专利技术的复合膜既有聚丙烯腈纤维膜的特性，还拥有了大部分氧化石墨烯的高效吸附性能，复合膜的水通量以及对染料的去除效率较高，可用于废水中染料及重金属的吸附研究；
[0014]复合膜中氧化石墨烯与聚丙烯腈纤维之间形成的三维网络致密型结构使得复合膜的空隙众多(即高孔隙率)，再加上氧化石墨烯亲水性好，使得复合膜的亲水性能要比纯聚丙烯腈膜好，易于和亲水性良好的染料和重金属结合，增加吸附量；
[0015]聚丙烯腈纤维和氧化石墨烯二者都具有巨大的比表面积，比表面积大，吸附位点多，增加对染料和重金属离子的吸附量；
[0016]所述复合膜的孔隙率为18％～27％，水通量为330～850L/m2h，比表面积为15～400m2/g；
[0017]现有技术已经有无机物纺丝液和聚合物纤维共轭纺丝，但无机物为非片状结构，没有片状结构的支撑，无法形成三维网络支撑结构达到本申请高通量、高去除率、高吸附量的技术效果。
[0018]文献4(聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纳米纤维的制备与性能研究，高分子通报，2019)采用静电纺丝的方法制备不同质量分数的聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纳米纤维，结果表明加入氧化石墨烯后PAN纳米纤维变细且力学性能优于PAN纳米纤维，但是随着加入的氧化石墨烯含量增多，会使PAN纳米纤维出现珠节现象，直接降低其成纤性，并且纤维的粗细均匀度下降影响了纤维之间的连续性，降低了纤维的力学性能，原因是该文献未形成本专利技术的三维支撑网络结构，不能有效的提高氧化石墨烯的负载量，使得纤维的形貌改变和性能下降。
[0019]作为优选的技术方案：
[0020]如上所述的一种可净化染料废水复合膜，所述复合膜对于孔雀石绿染料的去除率为78％～94.5％，吸附量为9.0～18.0mg/g；所述复合膜对于亚甲基蓝染料的去除率为70～98％，吸附量为7.8～13.0mg/g；重复使用4次后，所述复合膜对于孔雀石绿染料或亚甲基蓝染料的去除率保持在65％～91％。
[0021]如上所述的一种可净化染料废水复合膜，所述复合膜的断裂强度为1.28139～1.44552N，断裂伸长率为19.69～23.56％；氧化石墨烯的单片层状刚性结构在纤维牵伸过程中，对纤维中结构单元的取向度提高起到了增强作用，增加了表层纤维之间的力，使得复
合膜要比纯聚丙烯腈膜具有更大的断裂强度和形变能力。
[0022]如上所述的一种可净化染料废水复合膜，所述聚丙烯腈纤维的直径为0.3～0.5μm；所述复合膜的厚度为0.028～0.049mm。
[0023]如上所述的一种可净化染料废水复合膜，所述复合膜中氧化石墨烯的含量为1.25～6.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可净化染料废水复合膜，其特征在于，复合膜由氧化石墨烯和聚丙烯腈纤维组成；所述氧化石墨烯穿插在交错堆叠的所述聚丙烯腈纤维之间，形成三维网络支撑结构；所述复合膜的孔隙率为18％～27％，水通量为330～850L/m2h，比表面积为15～400m2/g。2.根据权利要求1所述的一种可净化染料废水复合膜，其特征在于，所述复合膜对于孔雀石绿染料的去除率为78％～94.5％，吸附量为9.0～18.0mg/g；所述复合膜对于亚甲基蓝染料的去除率为70～98％，吸附量为7.8～13.0mg/g；重复使用4次后，所述复合膜对于孔雀石绿染料或亚甲基蓝染料的去除率保持在65％～91％。3.根据权利要求1所述的一种可净化染料废水复合膜，其特征在于，所述复合膜的断裂强度为1.28139～1.44552N，断裂伸长率为19.69～23.56％。4.根据权利要求1所述的一种可净化染料废水复合膜，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂华丽，孙青，陈德强，魏丹丹，丁虹捷，刘琳，张健飞，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：