一种碳基纳滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于膜分离和纳滤技术领域，具体涉及一种碳基纳滤膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的制备方法：将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L；将所述消解氧化石墨烯分散于水中，得到消解氧化石墨烯悬浮液；利用基底膜对所述消解氧化石墨烯悬浮液进行抽滤，得到所述碳基纳滤膜。本发明专利技术提供的碳基纳滤膜可以实现快速高效截留水溶液中的铀酰离子，对铀酰离子具有高截留率，高水通量和良好稳定性，在去除水溶液中铀酰离子方面，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基纳滤膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于膜分离和纳滤
，具体涉及一种碳基纳滤膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铀是核燃料最重要的一种，是发展核电不可或缺的原材料。随着核能与核技术的逐渐发展，陆地铀资源储量低成为核能与核技术发展的掣肘，虽然海水中存在大量的铀，但是由于其浓度极低(3.3μg/L)难以利用。另一方面，铀具有化学毒性和放射性，一旦发生泄露或被人和其他动物误食，将会引起肺、肝、肾等器官病变，甚至导致死亡。因此妥善处理铀废水，对人类的发展和身体健康具有重大意义。
[0003]膜分离方法被认为是目前最节能的分离技术。近年来，分离液体混合物的膜分离方法得到了广泛的发展，并取得了良好的效果。现有技术中常用的膜分离方法使用的膜是反渗透膜以及高分子超细纤维膜，如中国专利CN111434373A公开了利用反渗透膜分离浓缩放射性废液中放射性核素，中国专利CN101301496A公开了物理包埋放射性核素标记的可生物降解及可生物吸收的生物高分子超细纤维膜材料或复合超细纤维膜材料，或表面化学修饰双功能团连接剂并鳌合放射性核素标记的可生物降解及可生物吸收的超细纤维膜材料或复合超细纤维膜材料。
[0004]但是现有技术中无论是反渗透膜以及高分子超细纤维膜，分离溶液中的铀酰离子时，普遍存在离子截留率低，水通量不够高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碳基纳滤膜及其制备方法和应用，本专利技术提供的碳基纳滤膜对水溶液中的铀酰离子截留率高且显著提高水通量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种碳基纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L；
[0009]将所述消解氧化石墨烯分散于水中，得到消解氧化石墨烯悬浮液；
[0010]利用基底膜对所述消解氧化石墨烯悬浮液进行抽滤，得到所述碳基纳滤膜。
[0011]优选的，所述热消解的温度为150~160℃，所述热消解的保温时间为2~3h。
[0012]优选的，所述无机强酸溶液为混酸溶液；所述混酸溶液包括浓盐酸和浓硝酸，所述浓盐酸的质量百分含量为35~38%，所述浓硝酸的质量百分含量为63~65%。
[0013]优选的，所述无机强酸溶液的体积与所述氧化石墨烯的质量之比为1L:(2.5~3)g。
[0014]优选的，所述基底膜为纤维素膜，所述纤维素膜的孔径为0.2μm。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述的碳基纳滤膜，包括基底膜和设置于所述基底膜表面的消解氧化石墨烯碳膜。
[0016]优选的，所述消解氧化石墨烯碳膜的厚度为150~450nm。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述的碳基纳滤膜在去除水溶液中铀酰离子中的应用。
[0018]优选的，所述水溶液中铀酰离子的质量浓度为0~5mg/L，且所述铀酰离子的质量浓度不为0。
[0019]优选的，含有铀酰离子的水溶液的pH值≥7。
[0020]本专利技术提供了一种碳基纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L；将所述消解氧化石墨烯分散于水中，得到消解氧化石墨烯悬浮液；利用基底膜对所述消解氧化石墨烯悬浮液进行抽滤，得到所述碳基纳滤膜。本专利技术在热消解时，强酸对氧化石墨烯的大片层分子进行氧化消解，使得石墨烯分子片层缺陷增多，羟基羧基等含氧官能团增多，将其结构分解为小片层，形成消解氧化石墨烯。基于尺寸限制效应，氧化石墨烯可以截流一些尺寸大的离子，铀就是其中一种，原有的氧化石墨（GO）由于分子层过大，片层之间的水通道少，所以水通量不高，通过强酸将氧化石墨烯消解氧化后，原大分子片层的氧化石墨烯（GO）被消解成小分子片层，分子间水通道的增多使得水通量增加；并且形成了更多的碳原子的缺陷，使得羧基，羟基的数量增多，数量的增多意味着表面电负性的增加，所以对铀的截留率上升。因此，本专利技术提供的碳基纳滤膜在去除水溶液中铀酰离子方面，具有良好的应用前景。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述的碳基纳滤膜，包括基底膜和设置于所述基底膜表面的消解氧化石墨烯碳膜。实施例的数据表明，本专利技术提供的碳基纳滤膜可以实现快速高效截留水溶液中的铀酰离子，对铀酰离子具有高截留率，高水通量和良好稳定性，在去除水溶液中铀酰离子方面，具有良好的应用前景。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的碳基纳滤膜的表面SEM图；
[0023]图2为实施例2中不同加热时间制备的碳基纳滤膜对0.5mg
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‑1的铀酰离子溶液的截留试验的去除率和水通量图；
[0024]图3为实施例3制备的碳基纳滤膜对不同浓度的铀酰离子溶液（0.5mg
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‑1和5mg
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‑1）的截留试验的去除率和水通量图；
[0025]图4为实施例4制备的不同厚度的碳基纳滤膜对0.5mg
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‑1的铀酰离子溶液的截留实验的去除率和水通量图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种碳基纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L；
[0028]将所述消解氧化石墨烯分散于水中，得到消解氧化石墨烯悬浮液；
[0029]利用基底膜对所述消解氧化石墨烯悬浮液进行抽滤，得到所述碳基纳滤膜。
[0030]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料/组分均为本领域技术人员熟知的市售
产品。
[0031]本专利技术将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L。
[0032]在本专利技术中，所述无机强酸溶液优选为混酸溶液。在本专利技术中，所述混酸溶液优选包括浓盐酸和浓硝酸，所述浓盐酸的质量百分含量优选为35~38%，更优选为35.5~37%；所述浓硝酸的质量百分含量优选为63~65%，更优选为63.5~64.5%。
[0033]在本专利技术中，所述混酸溶液中，所述浓盐酸和所述浓硝酸的体积比优选为7.1:0.25。
[0034]在本专利技术中，所述无机强酸溶液的体积与所述氧化石墨烯的质量之比优选为1L:(2.5~3)g，更优选为1L:(2.6~3)g。
[0035]在本专利技术中，所述氧化石墨烯优选以氧化石墨烯的水悬浮液进行所述混合。
[0036]在本专利技术中，所述氧化石墨烯的水悬浮液的质量浓度优选为1~1.2g
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‑1，更优选为1.1~1.15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将无机强酸溶液和氧化石墨烯混合，进行热消解，固液分离后得到消解氧化石墨烯；所述无机强酸溶液中氢离子的摩尔浓度≥10mol/L；将所述消解氧化石墨烯分散于水中，得到消解氧化石墨烯悬浮液；利用基底膜对所述消解氧化石墨烯悬浮液进行抽滤，得到所述碳基纳滤膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热消解的温度为150~160℃，所述热消解的保温时间为2~3h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机强酸溶液为混酸溶液；所述混酸溶液包括浓盐酸和浓硝酸，所述浓盐酸的质量百分含量为35~38%，所述浓硝酸的质量百分含量为63~65%。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峰，刘新伟，廖宇航，梁森，朱俊，孙海利，倪士英，曹龙生，姚海云，王莉莉，
申请(专利权)人：浙江国辐环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：