一种碳基纳滤膜及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种碳基纳滤膜及其制备和应用，一种碳基纳滤膜，由有机超滤基膜和膜表面活性层组成，其制备方法包括：S1、制备悬浊液；S2、制备氧化石墨烯粉末；S3、超声分散法处理氧化石墨烯分散液；S4、制备产品溶液；S5、超声分散法制备膜制备液；S6、预处理基膜；S7、制备碳基纳滤膜。与现有氧化石墨烯基纳滤膜相比，本发明专利技术具有机械强度高、不易破碎的特点，本发明专利技术可以在高盐溶液处理过程中保持更高的渗透通量及去除率。量及去除率。量及去除率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基纳滤膜及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及新型纳滤膜制备领域，尤其是涉及一种碳基纳滤膜及其制备和应用。

技术介绍

[0002]自1980年以来，膜分离技术在食品工业、石油工业、化学加工工业、纸浆造纸工业、制药和电子工业等许多工业应用领域迅速兴起。在这些工业中，水处理是涉及膜分离技术的重要过程。
[0003]中国专利CN110354700A公开了一种聚合物石墨烯复合过滤膜，包括三维石墨烯基体、嵌于所述三维石墨烯基体中的聚合物、嵌于所述聚合物中的多个纳米颗粒、纳米纤维和/或依附于聚合物上的至少一层薄膜。该聚合物石墨烯复合过滤膜将聚合物过滤材料与石墨烯材料结合在一起，通过三维石墨烯对聚合物材料结构和功能进行扩展，改善了过滤膜的性能，但该专利采用的石墨烯亲水性较差，且在长期使用中无法保证稳定性。
[0004]中国专利CN104117292A公开了一种聚合物/无机纳米材料复合超滤膜的制备方法。通过如下步骤来实现：首先按质量份数取聚合物、溶剂、添加剂和无机纳米复合材料制备铸膜液，然后将铸膜液置于磁场中进行刮膜和凝固，最后将膜从凝固浴中取出，经洗涤、浸泡、干燥后即可制得聚合物/无机纳米材料复合超滤膜。所述无机纳米材料中一种选自氧化碳纳米管/Fe2O3、碳纳米管/γ
‑
Fe2O3，但该专利添加了一种纳米颗粒，并不能很好的解决无机纳米粒子加入过程中对膜性能的负面影响，且使用有机溶剂作为铸膜液，无法很好的保证每张膜的均一性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳基纳滤膜及其制备和应用，着眼氧化石墨烯纳滤膜普遍关注的机械素质和污染物去除能力的提升，进行分子尺度的纳滤膜活性层改性，通过纳米粒子插层法改性氧化石墨烯，从而调控碳基纳滤膜的层间距、增大其抗污性能，纳米粒子选择多壁碳纳米管(MWCNT)、α
‑
Fe2O3，利用这两种纳米粒子的协同作用，克服氧化石墨烯膜的不稳定性，从而制备一种能对抗膜污染问题和trade
‑
off现象的高效碳基纳滤膜。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种碳基纳滤膜，包括有机超滤基膜和膜表面活性层，所述膜表面活性层附着于有机超滤基膜上，所述膜表面活性层为改性的氧化石墨烯片层。
[0008]进一步地，所述改性的氧化石墨烯片层为氧化石墨烯片层上负载多壁碳纳米管和α
‑
Fe2O3纳米粒子。
[0009]进一步地，所述有机超滤基膜1材质为聚醚砜3。
[0010]上述更进一步地，所述聚醚砜3英文名称为Polyethersulfone，简称PES，平均孔径为0.22μm、最大孔径小于0.45μm。
[0011]本专利技术还提供一种碳基纳滤膜的制备方法，经多壁碳纳米管和α
‑
Fe2O3纳米粒子负
载在氧化石墨烯片层上得到改性的氧化石墨烯片层，改性的氧化石墨烯片层经自组装附着于有机超滤基膜上形成碳基纳滤膜。
[0012]进一步地，所述碳基纳滤膜的具体制备方法如下：
[0013]S1、制备悬浊液：将石墨粉、KMnO4、K2FeO4、磷酸加入浓硫酸中，搅拌，再加入KMnO4，搅拌，加入去离子水和过氧化氢，得到含氧化石墨烯粉末的悬浊液；
[0014]S2、制备氧化石墨烯粉末：离心步骤S1中得到的含氧化石墨烯粉末的悬浊液，去除残余石墨，清洗悬浊液，干燥后得到氧化石墨烯粉末；
[0015]S3、超声分散法处理氧化石墨烯分散液：超声分散法处理步骤S2中得到的氧化石墨烯粉末，得到氧化石墨烯分散液；
[0016]S4、制备产品溶液：将多壁碳纳米管加入至步骤S3中得到的氧化石墨烯分散液中，超声，离心，得到无杂质产品溶液；
[0017]S5、超声分散法制备膜制备液：将α
‑
Fe2O3粉末加入步骤S4中得到的无杂质产品溶液，超声得到膜制备液；
[0018]S6、预处理基膜：将聚醚砜在无水乙醇中浸泡，取出，用去离子水冲洗，再用去离子水浸泡，得到有机超滤基膜；
[0019]S7、制备碳基纳滤膜：将步骤S5中得到的膜制备液抽滤在步骤S6中得到的有机超滤基膜上，得到碳基纳滤膜。
[0020]上述更进一步地，所述碳基纳滤膜的具体制备方法如下：
[0021]S1、将石墨粉、KMnO4、K2FeO4、磷酸作为稳定剂加入到浓硫酸中，在5℃条件下水浴搅拌1.5h，然后加入KMnO4，在35℃条件下水浴搅拌3h，然后用5min时间匀速加入250ml去离子水，然后调节水温至95℃，保持15min，稀释后的悬浮液变为褐色，向该褐色溶液加入12ml质量分数为30％过氧化氢，降低可溶性硫酸盐中的残余氧化剂和中间体，得到含氧化石墨烯粉末的悬浊液；
[0022]S2、以10000rpm的转速离心步骤S1中得到的含氧化石墨烯粉末的悬浊液20min，去除悬浊液中未被氧化的残余石墨，然后用浓度为1mol/L盐酸和去离子水分别清洗3
‑
5次该悬浊液，干燥后制得氧化石墨烯粉末；
[0023]S3、将步骤S2中得到的氧化石墨烯粉末加入到超纯水中，50Hz超声30min，使氧化石墨烯粉末分散均匀，得到黄棕色的氧化石墨烯分散液；
[0024]S4、将100mg/L的多壁碳纳米管加入至步骤S3中得到的氧化石墨烯分散液中，50Hz超声1h，然后将该溶液放入离心机，以10000rpm的转速离心20min，用于分离去除未被溶解的多壁碳纳米管颗粒，获得无杂质产品溶液；
[0025]S5、将100mg/L的α
‑
Fe2O3粉末加入步骤S4中得到的无杂质产品溶液，50Hz超声30min，直到溶液均匀无沉淀，表示形成了均匀的膜制备液；
[0026]S6、将直径为50mm的聚醚砜在无水乙醇中浸泡24小时，取出，用去离子水冲洗10
‑
30分钟，再用去离子水浸泡24小时，得到有机超滤基膜；
[0027]S7、将步骤S6中得到的有机超滤基膜装载到真空抽滤漏斗上，将步骤S5中得到的膜制备液加入至真空抽滤漏斗，真空抽滤3
‑
4h，抽滤液完全进入抽滤瓶后继续抽滤0.5h，得到分布均匀的改性的碳基纳滤膜。
[0028]上述更进一步地，步骤S1中，所述石墨粉浓度为5％～15％，KMnO4浓度为3％～
9％，K2FeO4浓度为2％～8％，磷酸浓度为0.005％～0.015％；第二次加入的KMnO4浓度为2％～8％。
[0029]上述更进一步地，步骤S1中，所述石墨粉浓度为10％，KMnO4浓度为6％，K2FeO4浓度为4％，磷酸浓度为0.01％；第二次加入的KMnO4浓度为5％。
[0030]上述更进一步地，步骤S7中，每张碳基纳滤膜需要50mg膜制备液。
[0031]此外，本专利技术还提供一种碳基纳滤膜的应用，将上述制备的碳基纳滤膜应用于水处理中。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基纳滤膜，其特征在于，包括有机超滤基膜(1)和膜表面活性层，所述膜表面活性层附着于有机超滤基膜(1)上，所述膜表面活性层为改性的氧化石墨烯片层。2.根据权利要求1所述的一种碳基纳滤膜，其特征在于，所述改性的氧化石墨烯片层为氧化石墨烯片层(14)上负载多壁碳纳米管(7)和α
‑
Fe2O3纳米粒子(13)。3.根据权利要求1所述的一种碳基纳滤膜，其特征在于，所述有机超滤基膜(1)材质为聚醚砜(3)。4.根据权利要求3所述的一种碳基纳滤膜，其特征在于，所述聚醚砜(3)平均孔径为0.22μm、最大孔径小于0.45μm。5.根据权利要求1
‑
4中任一所述的一种碳基纳滤膜的制备方法，其特征在于，经多壁碳纳米管(7)和α
‑
Fe2O3纳米粒子(13)负载在氧化石墨烯片层(14)上得到改性的氧化石墨烯片层，改性的氧化石墨烯片层经自组装附着于有机超滤基膜(1)上形成碳基纳滤膜(12)。6.根据权利要求5所述的一种碳基纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述碳基纳滤膜(12)的具体制备方法如下：S1、制备悬浊液：将石墨粉、KMnO4、K2FeO4、磷酸加入浓硫酸中，搅拌，再加入KMnO4，搅拌，加入去离子水和过氧化氢，得到含氧化石墨烯粉末的悬浊液(4)；S2、制备氧化石墨烯粉末：离心步骤S1中得到的含氧化石墨烯粉末的悬浊液(4)，去除残余石墨，清洗悬浊液(4)，干燥后得到氧化石墨烯粉末(5)；S3、超声分散法处理氧化石墨烯分散液：超声分散法处理步骤S2中得到的氧化石墨烯粉末(5)，得到氧化石墨烯分散液(6)；S4、制备产品溶液：将多壁碳纳米管(7)加入至步骤S3中得到的氧化石墨烯分散液(6)中，超声，离心，得到无杂质产品溶液(8)；S5、超声分散法制备膜制备液：将α
‑
Fe2O3粉末(9)加入步骤S4中得到的无杂质产品溶液(8)，超声得到膜制备液(10)；S6、预处理基膜：将聚醚砜(3)在无水乙醇中浸泡，取出，用去离子水冲洗，再用去离子水浸泡，得到有机超滤基膜(1)；S7、制备碳基纳滤膜：将步骤S5中得到的膜制备液(10)抽滤在步骤S6中得到的有机超滤基膜(1)上，得到碳基纳滤膜(12)。7.根据权利要求6所述的一种碳基纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述碳基纳滤膜(12)的具体制备方法如下：S1、将石墨粉、KMnO4、K2FeO4、磷酸作为稳定剂加入到浓硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱昊辰，胡晗，李光明，贺文智，徐子涵，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：