【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分离膜制备和应用，具体涉及一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜及其制备方法。
技术介绍
1、水污染危机近年来威胁到了百万人的健康。常见的水污染问题包括染料污染，重金属离子超标，及水溶性挥发性有机化合物(vocs)污染等，这些水污染问题会对健康及环境造成严重影响。在现有研究中，基于不同种类的金属-有机框架材料(mof)已被用于筛除水中油污、有机污染物等杂质。尽管mof膜在精确尺寸下的筛分前景广阔，但其溶质筛选范围较为单一，并且在水溶液中易塌陷，使得其难以直接应用于水污染物的处理。因此，其需要一种良好的基底进行负载来满足其对于筛选功能的需要。作为一种典型的二维材料，石墨烯不仅拥有极大的比表面积来实现杂质吸附的潜力，还具有高效率太阳能吸收能力及液体流动渗透效率。其中石墨烯通道允许气体或水以极高的通量和选择性流过，但在石墨烯薄膜制备过程中难以完美对齐或堆叠这些材料，无法在实际应用中大规模的再现其优秀的优异输运特性。且常规微米或纳米石墨烯材料的制备方法主要包括石墨烯纳米片的组装，或者气相沉积或溅射沉积的方法原位生长等。这些方法涉及昂贵的原材料或复杂的制备工艺，需消耗大量的能源和溶剂，限制了该材料的进一步应用。
2、为了满足mof(金属有机框架)膜在实际水处理中的应用，将mof(金属有机框架)材料与常规的石墨烯材料相结合可以有效提升该材料在水相环境中的稳定性。现有研究中利用二氧化碳激光等常规激光源进行表面处理所诱导出的石墨烯材料，其表面形貌大多较为单一并存在烧蚀过于严重的现象。为了克服现有工艺中的弊端，使激光诱导的
技术实现思路
1、针对现有技术中mof材料分离膜在应用于水污染物分离过程上存在筛选范围有限及容易塌陷的问题，本专利技术的目的是提供一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜及其制备方法、应用，通过引入激光诱导石墨烯骨架过程中所产生的微米纳米孔实现多材料多孔径的多级吸附效果。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜及其制备方法，其核心专利技术点是其新的复合制备工艺，制备出了一种多级的筛选层薄膜有效用于水相污染物的筛除。
3、本专利技术的技术构思是：激光通过内部加工聚酰亚胺内部，一步实现多级石墨烯骨架的制备。相较于常规的激光表面处理工艺，本专利技术所提出的激光内部烧蚀的方式有效避免了表面的过度烧蚀，并且能够有效实现多孔石墨烯的制备。后续通过在石墨烯骨架上原位生长zif-8颗粒，实现多级孔径的复合膜的制备。通过结合先进的激光微纳加工工艺与液相mof材料的原位生长工艺，实现了较强的工艺技术方面的创新。并且该复合膜在保证了zif-8高筛选性能的同时，通过引入多孔径的石墨烯，实现了有机污染物、挥发性有机物、重金属离子等污染物的高效筛除。相应地，本专利技术技术方案如下：
4、第一方面，本专利技术提供一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜，所述分离膜整体是在阵列多孔基底上进行加工，先后通过激光处理的方式和水热法生长制备得到，分离膜整体具备超疏水与超亲油性能；
5、所述分离膜包括：
6、阵列多孔基底即支撑层：阵列多孔基底用于提供石墨烯/zif-8筛选层的支撑，阵列多孔基底表面分布有均匀的半通孔，以保证液体/气体的高通量流动。阵列多孔基底材料为多孔无机材料或者多孔有机材料。优选地，材料选取聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯即pet。采用聚酰亚胺材料的阵列多孔基底表面分布均匀的半通孔尺寸为0.1mm-3mm。
7、激光诱导的石墨烯骨架：石墨烯骨架通过激光诱导是指利用超快激光聚焦于阵列多孔基底内部烧蚀，从而生成得到具有多级微米/纳米级的石墨微孔的石墨烯骨架。
8、负载于石墨烯骨架上的连续性沸石咪唑框架-8即zif-8颗粒：zif-8颗粒交换配体后形成连续性zif-8颗粒即得到zif-8颗粒簇，其内部具有若干筛选微孔。连续性zif-8颗粒尺寸均在200nm以下，以保证zif-8颗粒簇内部能形成筛选微孔；所述筛选微孔的尺寸为0.38-0.4nm。
9、所述激光诱导的石墨烯骨架和zif-8颗粒簇共同构成石墨烯/zif-8筛选层。
10、第二方面，本专利技术提供一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜的制备方法，包括如下步骤：
11、s1：超快激光在聚酰亚胺基底的一面处理形成若干半通孔，具体为：阵列多孔基底材料选取聚酰亚胺，清洗聚酰亚胺薄膜后，通过超快激光处理的方式在聚酰亚胺薄膜底部刻蚀出阵列化的半通孔。
12、s2：激光处理上述基底的反面诱导得到石墨烯骨架，结合步骤s1所述的半通孔，方便液体的流动：超快激光通过内部聚焦烧蚀的方式在阵列多孔基底上诱导具有多级微米/纳米级的石墨微孔，一步得到激光诱导的多级多孔石墨烯骨架；具体为：超快激光内部烧蚀聚酰亚胺薄膜形成具有多级微米/纳米级的石墨微孔的石墨烯骨架；超快激光的能量为3-8w。
13、s3：通过水热法在步骤s2中得到的石墨烯骨架上原位生长zif-8颗粒；具体为：将步骤s2得到的石墨烯骨架布置在水热环境中，锌盐和二甲基咪矬通过水热法的方式在石墨烯骨架上原位生长zif-8颗粒；所述二甲基咪矬作为原位合成金属有机框架即(mof)的配体；所述水热环境中水热反应时间为18-24h，水热反应的温度控制在60-80℃。优选地，锌盐为硝酸锌、氯化锌或者硫酸锌中任一种。
14、s4：基于多级多孔径的筛选策略，得到分离膜薄膜：zif-8颗粒后续通过交换配体的方式生成连续性zif-8颗粒即形成zif-8颗粒簇，石墨烯骨架和zif-8颗粒簇共同构成石墨烯/zif-8筛选层，最终得到的分离膜薄膜具备优异的筛分效率。具体为：所述交换配体的方式是指通过三乙胺和5，6-二甲基苯并咪唑处理(交换配体溶液采用的是三乙胺和5，6-二甲基苯并咪唑混合液)，形成连续性zif-8颗粒，以有效地限制了zif-8颗粒的尺寸生长。
15、第三方面，本专利技术制备得到的激光诱导石墨烯/zif-8分离膜在水相污染物的分离中的应用。
16、相较于现有技术，本专利技术具有以下优点和有益效果：
17、本专利技术提供的激光诱导石墨烯骨架的制备方法，超快激光通过将焦点聚焦于聚酰亚胺内部，避免了表面的过度烧蚀，并且可以一步生成多级多孔的石墨烯骨架，另一方面这种一步成形的制备方式，有效的增强了薄膜的稳定性，并尽可能的减少了因为热效应所产生的缺陷。而该方法也与常规的激光表面处理工艺存在较大的区别，由于聚酰亚胺薄膜的透明性的特点，也使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜，其特征在于：所述分离膜整体具备超疏水与超亲油性能；
2.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜，其特征在于：所述阵列多孔基底材料选取聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯即PET。
4.根据权利要求3所述的激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜，其特征在于：
5.一种制备如权利要求1至3中任一所述激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜的方法，其特征在于：包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求6或7所述激光诱导石墨烯/ZIF-8分离膜的制备方法，其特征在于：所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或者硫酸锌中任一种。
【技术特征摘要】
1.一种激光诱导石墨烯/zif-8分离膜，其特征在于：所述分离膜整体具备超疏水与超亲油性能；
2.根据权利要求1所述的激光诱导石墨烯/zif-8分离膜，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的激光诱导石墨烯/zif-8分离膜，其特征在于：所述阵列多孔基底材料选取聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯即pet。
4.根据权利要求3所述的激光诱导石墨烯/zif-8分离膜，其特征在于：
5.一种制...
【专利技术属性】
技术研发人员：程佳瑞，张士琢，刘锋，王帅，徐宇航，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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