一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)是適應(yīng)當(dāng)代新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)分離技術(shù)。與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能、過(guò)程簡(jiǎn)單、容易操作和控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其特殊的片層結(jié)構(gòu)以及良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性而得到廣泛的研究和應(yīng)用。近年來(lái)，石墨烯作為膜材料也得到很好的研究。
[0004]研究表明，石墨烯膜厚度薄，具有較大的液體滲透通量，并且由于石墨烯表面具有羥基，羧基以及環(huán)氧基團(tuán)等親水官能團(tuán)，水分子會(huì)優(yōu)先通過(guò)石墨烯膜。同時(shí)，石墨烯膜對(duì)液體中的大分子具有良好的分離性能，這主要是由于石墨烯是片層結(jié)構(gòu)，層與層堆疊形成石墨烯膜，層與層堆疊時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些瑕疵，在液體分離過(guò)程中，尺寸小于瑕疵的分子才可以通過(guò)石墨烯膜，因此具有一定的選擇性，在分離溶液中的染料、蛋白質(zhì)等大分子時(shí)，具有一定的優(yōu)勢(shì)。
[0005]目前采用氧化石墨烯膜進(jìn)行液體分離時(shí)，一種方法是在多孔載體(例如多孔陶瓷、多孔金屬氧化物、多孔有機(jī)物等)表面形成氧化石墨烯膜，利用氧化石墨烯膜進(jìn)行液體分離。然而，氧化石墨烯膜與多孔載體表面的結(jié)合力一般較低，因此氧化石墨烯膜很容易從多孔載體表面剝落，尤其在水環(huán)境中，大大限制了氧化石墨烯膜在液體分離方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法，利用該方法制得的氧化石墨烯膜與載體的結(jié)合力高，有利于氧化石墨烯膜在液體分離中的應(yīng)用。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)在載體表面引入氨基活性基團(tuán)；
[0009](2)在真空條件下，將步驟(I)處理后的載體浸入氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯中的含氧官能團(tuán)與氨基發(fā)生反應(yīng)，然后干燥處理，得到位于載體表面的氧化石墨烯膜。
[0010]所述的載體不限，優(yōu)選為多孔材料，例如多孔陶瓷、多孔金屬氧化物、多孔有機(jī)物等，包括多孔Ct-Al2O3、氧化鋅等。
[0011]所述的載體結(jié)構(gòu)不限，包括管式結(jié)構(gòu)或者片式結(jié)構(gòu)等。
[0012]所述的氨基活性基團(tuán)的來(lái)源不限，包括多巴胺、烷基胺、苯胺等中的一種或幾種的混合。
[0013]所述步驟(I)中，在載體表面引入氨基活性基團(tuán)的方法不限。作為優(yōu)選，將包含氨基活性基團(tuán)的分子溶于溶劑，構(gòu)成包含氨基的溶液；將載體放入所述的包含氨基的溶液中，包含氨基活性基團(tuán)的分子在載體表面自聚合，從而在載體表面引入氨基活性基團(tuán)。
[0014]作為優(yōu)選，所述的包含氨基的溶液的PH值為6?9。作為優(yōu)選，所述的自聚合反應(yīng)時(shí)間為12h?36h ;作為進(jìn)一步優(yōu)選，自聚合反應(yīng)后將載體進(jìn)行干燥處理，干燥溫度優(yōu)選溫度為30°C?60°C。
[0015]所述的步驟(2)中，氧化石墨烯中的含氧官能團(tuán)包括但不限于羥基、羧基、環(huán)氧基等。
[0016]所述的步驟(2)中，作為優(yōu)選，氧化石墨稀溶液的濃度為0.01?lmg/ml。
[0017]所述的步驟(2)中，作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)溫度為50°C?100°C。
[0018]所述的步驟(2)中，作為優(yōu)選，所述的干燥溫度為30?60°C。
[0019]綜上所述，本發(fā)明首先在載體表面引入氨基活性基團(tuán)，然后將氧化石墨烯均勻負(fù)載到載體表面得到氧化石墨烯膜，該方法具有如下有益效果:
[0020](I)氧化石墨烯中的含氧基團(tuán)與氨基發(fā)生反應(yīng)，大大增強(qiáng)了氧化石墨烯膜與載體間的結(jié)合力，提高了氧化石墨烯膜的穩(wěn)定性，克服了氧化石墨烯膜與載體之間因結(jié)合力弱而導(dǎo)致膜容易脫落的缺點(diǎn)，；
[0021](2)氧化石墨烯膜的制備條件溫和、操作簡(jiǎn)單，制得的氧化石墨烯膜厚度薄，具有較大的滲透通量，并且對(duì)大分子(例如，甲基橙、亞甲基藍(lán)、羅丹明B等染料分子，以及鹽等)具有高的截留率，其中對(duì)染料分子的截留率達(dá)到99%，對(duì)鹽的截留率為50%?85%，因此在有機(jī)物分離回收、油水分離以及脫鹽等水處理領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是對(duì)比實(shí)施例1中制得的氧化石墨烯膜的水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的氧化石墨烯膜的水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果；
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的氧化石墨烯膜的SEM圖；
[0025]圖4是用于本發(fā)明實(shí)施例1中制得的氧化石墨烯膜進(jìn)行液體分離時(shí)的反滲透裝置示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的氧化石墨烯膜的液體分離結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而不起任何限定作用。
[0028]圖4中的附圖標(biāo)記為:1、氮?dú)馄浚?、壓力表；3、壓力容器；4、氧化石墨烯膜；5、接收容器。
[0029]對(duì)比實(shí)施例1:
[0030]本實(shí)施例是下述實(shí)施例1的對(duì)比實(shí)施例。
[0031]本實(shí)施例中，載體為中空管狀結(jié)構(gòu)的氧化鋁，氧化石墨烯膜位于載體表面，制備方法如下:
[0032](I)配制0.05mg/ml氧化石墨烯溶液，然后超聲3次以上，待用；
[0033](2)將載體兩端封口浸沒在上述氧化石墨烯溶液中，在抽真空條件下氧化石墨烯在載體表面上膜5min ;然后取出表面包覆氧化石墨烯膜的載體，放入真空干燥箱，在40°C干燥24h。
[0034]將上述制得的表面包覆氧化石墨烯膜的載體浸入去離子水中，觀察其水穩(wěn)定性。結(jié)果如圖1所示，一個(gè)月以后氧化石墨烯膜基本已經(jīng)完全從載體表面脫落下來(lái)。
[0035]實(shí)施例1:
[0036]本實(shí)施例中，載體為管狀結(jié)構(gòu)的氧化鋁，與對(duì)比實(shí)施例1中的載體完全相同。氧化石墨烯膜位于載體表面，制備方法如下:
[0037](I