【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米膜材料，尤其涉及一种基于无机离子调控的石墨烯复合膜及其制备方法。
技术介绍
1、全球工业的迅猛发展导致大量污染物进入水体、大气和土壤等环境中，引起的环境污染问题已成为人类社会面临的严重威胁之一。尤其是石油化工、电力等行业排放的高盐有机废水，自身的含盐量较高，含有大量复杂且难降解的有毒有机物，使该废水在处理过程中无论是经济消耗还是处理难度都在极大增强。除了工业废水之外，生活垃圾在收集和处置过程中会产生污染浓度波动比较大的有机废水，其污染组分复杂、污水性质波动变化大，种类繁多等特点。污染物质主要为各种难降解有机物(如各种芳香族化合物和腐殖质等)、无机盐(如氨根、碳酸根和硫酸根等)和金属离子(如铬、铅和铜等)。
2、目前，常用的技术手段有蒸发结晶和膜分离。其中，针对高盐有机废水的零排放处理工艺中产生的高含盐浓水可采用蒸发结晶手段，进行水资源回收和溶解性盐类固体的分离处理与处置。但是在蒸发结晶后的固体盐分会出现发黄发黑的现象，导致分离得到的盐类难以资源化利用，这是由于在蒸发结晶之前废水中含有的可溶性有机污染物导致蒸发结晶后的盐类颜色变黑，无法做到完全的零排放，同时降低了蒸发结晶盐的品质，甚至只有当作危废进行处置，增大了企业的处理处置成本。
3、而膜分离技术则是现有的最有效处理方法。膜分离技术是指在驱动力作用下分离液中各种组分，依靠分离膜的选择性透过特点，实现不同组分的选择性分离，最终达到分离液的纯化、浓缩或者分级等目的，被认为是一种环保、高效的新型分离技术。已有多种材料被研发出来用作净水和纯化浓
4、有鉴于此，有必要对现有技术中的水处理用膜材料予以改进，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的一在于公开一种利用金属水合离子精准调控石墨烯层间距的复合膜材料，该复合膜材料具有较高的脱盐率和水通量，实现精准多离子筛分和高效回用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于无机离子调控的石墨烯复合膜，所述石墨烯复合膜包括基底膜和纳米级石墨烯层；所述纳米级石墨烯层是通过阳离子与石墨烯上的苯环之间水合离子-π作用，实现纳米级石墨烯层间距调控制成，所述层间距范围为1.0-1.8nm。
3、在一些实施方式中，所述基底膜为纤维素膜。
4、在一些实施方式中，所述纤维素膜为混合纤维素膜，所述混合纤维素膜厚度为110-160μm，孔径为0.3-0.5μm。
5、在一些实施方式中，所述阳离子是钾离子或者铝离子。
6、在一些实施方式中，所述纳米级石墨烯层为单层石墨烯，片层尺寸为100μm。
7、在一些实施方式中，所述钾离子调控的纳米级石墨烯层的层间距为1.0-1.5nm。
8、在一些实施方式中，所述铝离子调控的纳米级石墨烯层的层间距为1.3-1.8nm。
9、本专利技术的目的二在于公开一种利用金属水合离子精准调控石墨烯层间距的复合膜材料的制备方法，通过无机盐离子(钾离子或铝离子)与石墨烯中苯环的水合离子-π作用，制备不同层间距的石墨烯复合膜材料，用于海水淡化和污水处理，该方法简单，易实施，性能稳定，可大大降低膜材料的加工成本和水处理的运行成本。
10、为实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于无机离子调控的石墨烯复合膜的制备方法，包括以下步骤：
11、步骤一：将粉末石墨烯分散于有机溶剂中进行超声处理，然后离心水洗得到亲水性石墨烯材料；
12、步骤二：将步骤一中的亲水性石墨烯材料配置成分散液，混合搅拌均匀后，利用抽滤方式涂覆在基底膜上，制成石墨烯膜；
13、步骤三：将步骤二中的石墨烯膜浸入钾离子溶液或者铝离子溶液中处理制备石墨烯复合膜。
14、在一些实施方式中，所述有机溶剂是n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)。
15、在一些实施方式中，所述步骤一中，石墨烯的浓度为0.2-0.8g/l，超声时间为5-20min；所述步骤二中，石墨烯分散液浓度为5-20mg/l，所述抽滤方式是通过真空水泵抽滤装置进行，所用的压力为1bar，抽滤时，将石墨烯分散液缓慢均匀地倒在基底膜上，直至抽成平整干燥整洁的石墨烯膜；所述步骤三中，钾离子溶液或铝离子溶液中钾离子或铝离子浓度为0.5-2.0mol/l，浸泡时间为1-3h，所述石墨烯复合膜的厚度为200-400μm。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)水溶液中水合离子自身通过水合离子-π作用，可将石墨烯层间距精确控制到1nm；(2)该复合膜材料突破了废水资源化技术瓶颈，克服石墨烯膜溶胀效应及传统膜材料缺陷，具有截留性能高(脱盐率达到99％)、水通量高(为常规反渗透膜的10倍)、抗污染性能优异、化学稳定性强等特点，实现精准多离子筛分和高效回用；(3)基于离子调控石墨烯膜可制成便携式海水淡化装置，突破现海水淡化膜技术的限制，具有更加轻便、高效、安全，出水量大，运行稳定，抗菌性能好等优点，以钛合金为外壳材料，可以保证在遇到突发情况时保证材料的密封性，且能适应海水高盐环境，不被腐蚀，保证其净水作用。
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1.一种基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述石墨烯复合膜包括基底膜和纳米级石墨烯层；所述纳米级石墨烯层是通过阳离子与石墨烯上的苯环之间水合离子-π作用，实现纳米级石墨烯层间距调控制成，所述层间距范围为1.0-1.8nm。
2.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述基底膜为纤维素膜。
3.根据权利要求2所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述纤维素膜为混合纤维素膜，所述混合纤维素膜厚度为110-160μm，孔径为0.3-0.5μm。
4.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述阳离子是钾离子或者铝离子。
5.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述纳米级石墨烯层为单层石墨烯，片层尺寸为100μm。
6.根据权利要求4所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述钾离子调控的纳米级石墨烯层的层间距为1.0-1.5nm。
7.根据权利要求4所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述铝离
8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜(DMSO)。
10.根据权利要求9所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜的制备方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述石墨烯复合膜包括基底膜和纳米级石墨烯层；所述纳米级石墨烯层是通过阳离子与石墨烯上的苯环之间水合离子-π作用，实现纳米级石墨烯层间距调控制成，所述层间距范围为1.0-1.8nm。
2.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述基底膜为纤维素膜。
3.根据权利要求2所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述纤维素膜为混合纤维素膜，所述混合纤维素膜厚度为110-160μm，孔径为0.3-0.5μm。
4.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所述阳离子是钾离子或者铝离子。
5.根据权利要求1所述的基于无机离子调控的石墨烯复合膜，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳东亭，马贇，严璇，
申请(专利权)人：苏州沪锡环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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