一种水处理用石墨烯膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于环保材料技术领域。更具体地，涉及一种水处理用石墨烯膜及其制备方法。本发明专利技术产品包括多孔基膜，以及在多孔基膜表面依次沉积的第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜；第一石墨烯膜中，包括粘合剂PVDF，以及第一氧化石墨烯颗粒，第一氧化石墨烯颗粒的D50为10

【技术实现步骤摘要】
一种水处理用石墨烯膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于环保材料
更具体地，涉及一种水处理用石墨烯膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业废水排放加剧，资源化利用已经成为工业废水处理的目标。工业废水的资源化利用是降低废水处理成本、提高企业积极性的有效手段，将废水中的盐分进行有效分离、浓缩、蒸发后可实现资源的重复利用，处理后的产水可以返回至生产工艺中循环使用，有效降低废水处理成本，甚至产生客观效益。
[0003]膜分离技术是工业废水资源化利用中使用较多的技术，其处理效果好，占地面积少，易于操作管理。同时，处理过程中不需要引入新的物质，条件温和，没有相变。但是现有的反渗透技术，普遍存在着高能耗、高成本和运行环境条件严苛等缺点，这些都转化成高昂的运行成本，并在一定程度上消耗了部分不可再生资源，造成了环境污染。因此，进一步寻找低能耗、低成本、运行条件简单和绿色环保的分离技术十分必要。
[0004]近年来，石墨烯作为一种新型二维纳米材料被广泛关注。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，由于其独特的层状结构和优异的理化性质使其在分离膜领域有着广泛的研究前景。氧化石墨烯纳米片层的边缘及片层表面含有大量的含氧官能团，如环氧基，羟基，羰基及羧基，这些官能团的存在使其在水溶液中具有较好的分散性，可以很容易地通过一系列的液相制备方法包括真空/压力过滤法、涂层法和层层自组装等等在基底上被组装成层状氧化石墨烯膜。
[0005]然而，在石墨烯膜的沉积过程中，单一的石墨烯膜层性状难以获得均一且稳定的过滤效果，并且，在实际使用过程中，其性状也容易发生变化，从而导致过滤效果下降。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：对于现有水处理用石墨烯膜因性状不够均一和稳定，从而导致在实际使用过程中，产品过滤效果显著下降的弊端，提供一种水处理用石墨烯膜及其制备方法。
[0007]本专利技术的目的是提供一种水处理用石墨烯膜。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种水处理用石墨烯膜的制备方法。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种水处理用石墨烯膜，包括多孔基膜，以及在所述多孔基膜表面依次沉积的第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜；
[0011]所述第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜，按照远离所述多孔基膜的方向依次排列；
[0012]所述多孔基膜选自聚丙烯或聚乙烯基膜；
[0013]所述第一石墨烯膜中，包括粘合剂PVDF，以及第一氧化石墨烯颗粒，所述第一氧化
石墨烯颗粒的D50为10
‑
12μm，并且所述第一氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为5
‑
20μm；
[0014]所述第二石墨烯膜中，包括第二氧化石墨烯颗粒，所述第二氧化石墨烯颗粒的D50为5
‑
8μm，并且所述第二氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为0.1
‑
45μm；
[0015]所述第三石墨烯膜中，包括第三氧化石墨烯颗粒，所述第三氧化石墨烯颗粒的D50为0.3
‑
0.5μm，并且所述第三氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为0.1
‑
1.2μm；
[0016]所述第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜的厚度比例为(3
‑
3.2):(2
‑
2.4)：(1
‑
1.5)。
[0017]上述技术方案通过以PP或PE多孔膜为基膜，并且在其表面进行依次沉积不同规格的氧化石墨烯膜，具体的，在靠近基膜的一侧，沉积的是粒径相对最大，粒径分布范围则相对较窄，厚度则相对最大的第一石墨烯膜，如此，在沉积过程中，较大的颗粒相互堆积时，相互之间形成的空隙也随之较大，而粒径分布范围窄，则颗粒和颗粒之间的相互堆积更容易形成偏大且相对均一的空隙，如此，在平面方向上，更容易形成均一的液体扩散路径；而在中间层则沉积粒径相对于第一石墨烯中粒径较小的第二氧化石墨烯颗粒，并且，其粒径分布范围开始扩大，如此，在中间层形成相较于第一石墨烯膜中，相对较窄，而分散较为无序的空隙，如此，可以提升液体在第二石墨烯膜中的扩散路径；另外，在第二石墨烯膜表面沉积第三石墨烯膜，并选用粒径相对最小，粒径分布范围也相对较窄的第三氧化石墨烯颗粒，如此，可以在表面形成较小，且分布相对均一的空隙，从而有利于与液体接触时，调控液体进入产品的速率，同时保障平面方向上，各处液体的扩散阻力相对均一，当缓慢，均一的液体扩散进入到中间的第二石墨烯膜中，可以在较长的扩散路径作用下，充分对液体实现过滤效果，待过滤完成后，可以快速进入第一石墨烯膜中，避免液体在膜厚度方向上滞留，而PVDF的存在，则可以第一石墨烯膜相对于基膜牢固固定吸附，避免界面在使用过程中出现松散，从而影响产品使用寿命；
[0018]再者，上述不同规格的氧化石墨烯颗粒组装形成三层不同规格的石墨烯膜，在不同层的石墨烯膜界面处，由于第二氧化石墨烯颗粒粒径显著小于第一氧化石墨烯颗粒，从而可以使得第二氧化石墨烯颗粒部分嵌入第一石墨烯膜层中，同理，第三氧化石墨烯颗粒也可以部分嵌入第二石墨烯膜层中，通过粒径和粒径分布范围的选择，还可以一定程度上调控在界面处嵌入的量，从而既保证了不同石墨烯膜层之间牢固结合，同时也可以保证界面处的液体流通，避免在界面处出现堵塞情况，保证水处理效果。
[0019]进一步的，所述多孔基膜的孔径为0.3
‑
0.6μm。
[0020]进一步的，所述第一石墨烯膜的负载量为6.0
‑
7.2mg/
㎡
；所述第二石墨烯膜的负载量为4.5
‑
5.5mg/
㎡
；所述第三石墨烯膜的负载量为1.5
‑
3.5mg/
㎡
。
[0021]上述技术方案合理调控不同石墨烯膜的负载量，进一步配合上述不同规格的石墨烯膜，来合理调控液体在不同层的石墨烯膜中的停留时间，具体的，第三石墨烯膜相较于第二石墨烯膜，如此，可以使得液体顺利通过第三石墨烯膜后，在第二石墨烯膜中有足够的停留时间，强化过滤效果的同时，避免液体在表面堵塞堆积；而第一石墨烯膜最厚，如此，不仅可以使得其与基膜结合时，可以形成平整的表面，以供第二石墨烯膜沉积。
[0022]进一步的，所述第一石墨烯膜中，所述粘合剂PVDF和所述第一氧化石墨烯颗粒的质量比为1:95
‑
1:100。
[0023]上述技术方案通过控制其中粘合剂PVDF的用量，既保障了可以有效粘结，同时又
减少了因粘合剂的存在堵塞过滤所需空隙的情况。
[0024]一种水处理用石墨烯膜的制备方法，具体制备步骤包括：
[0025]S1:将粘合剂PVDF溶解于第一溶剂中，以得到胶液，再将胶液和第一氧化石墨烯颗粒混合均匀，以得到第一氧化石墨烯分散液；
[0026]S2:将第二氧化石墨烯颗粒分散于第二溶剂中，以得到第二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水处理用石墨烯膜，其特征在于，包括多孔基膜，以及在所述多孔基膜表面依次沉积的第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜；所述第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜，按照远离所述多孔基膜的方向依次排列；所述多孔基膜选自聚丙烯或聚乙烯基膜；所述第一石墨烯膜中，包括粘合剂PVDF，以及第一氧化石墨烯颗粒，所述第一氧化石墨烯颗粒的D50为10
‑
12μm，并且所述第一氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为5
‑
20μm；所述第二石墨烯膜中，包括第二氧化石墨烯颗粒，所述第二氧化石墨烯颗粒的D50为5
‑
8μm，并且所述第二氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为0.1
‑
45μm；所述第三石墨烯膜中，包括第三氧化石墨烯颗粒，所述第三氧化石墨烯颗粒的D50为0.3
‑
0.5μm，并且所述第三氧化石墨烯颗粒的粒径分布范围为0.1
‑
1.2μm；所述第一石墨烯膜，第二石墨烯膜和第三石墨烯膜的厚度比例为(3
‑
3.2):(2
‑
2.4)：(1
‑
1.5)。2.根据权利要求1所述的一种水处理用石墨烯膜，其特征在于，所述多孔基膜的孔径为0.3
‑
0.6μm。3.根据权利要求1所述的一种水处理用石墨烯膜，其特征在于，所述第一石墨烯膜的负载量为6.0
‑
7.2mg/
㎡
；所述第二石墨烯膜的负载量为4.5
‑
5.5mg/...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹庆丰，孙鑫斌，乾增亮，
申请(专利权)人：曹庆丰，
类型：发明
国别省市：