一種高性能氧化石墨烯管式納濾膜的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能氧化石墨烯管式納濾膜的制備方法，應(yīng)用于染料脫除，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納濾膜分離技術(shù)是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離技術(shù)，其過濾精度介于超濾與反滲透之間。納濾膜分離技術(shù)具有分離過程無(wú)相變、操作條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品濃縮、工業(yè)廢水處理、飲用水制備、物料回收、染料脫除等領(lǐng)域。膜材料是膜分離技術(shù)的核心與關(guān)鍵，目前應(yīng)用最為廣泛的為有機(jī)聚合物膜。然而，有機(jī)聚合物膜存在不耐高溫、易溶脹等缺點(diǎn)，因此穩(wěn)定性較差。本發(fā)明采用陶瓷多孔膜作為基膜，在其表面構(gòu)筑改性氧化石墨烯超薄分離層。陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度高，能耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及有機(jī)溶劑的侵蝕，并且具有良好的熱穩(wěn)定性及耐溶脹性。因此，可在苛性條件下應(yīng)用。氧化石墨烯具有石墨烯單層蜂窩狀六角平面結(jié)構(gòu)，并且含有大量的功能性基團(tuán)，其片層間距為0.6-1.0nm，能夠容納雙層水分子且能阻止大部分有機(jī)分子通過;氧化石墨烯片邊緣部分含有大量的含氧親水基團(tuán)，對(duì)水分子有較強(qiáng)的選擇性，因此可有效提高水分子的透過能力。本發(fā)明將氧化石墨烯沉積在陶瓷多孔支撐體上用于染料脫除，可獲得優(yōu)異的分離性能。該制備方法操作簡(jiǎn)單易行，制備條件溫和，易于工業(yè)放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高性能氧化石墨烯管式納濾膜的制備方法，采用該方法制備的納濾膜具有截留率高，通量大等特點(diǎn)，并且制備過程簡(jiǎn)單，可以廣泛應(yīng)用于染料脫除領(lǐng)域。
[0004]—種高性能氧化石墨烯管式納濾膜的制備方法，包括以下步驟:
[0005](I)將鹽酸多巴胺溶解在三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽溶液中；
[0006](2)將管式無(wú)機(jī)多孔膜置于步驟(I)所得的溶液中，在室溫下浸漬一段時(shí)間，多巴胺在多孔膜表面自聚生成聚多巴胺；
[0007](3)將氧化石墨烯加入到去離子水中，超聲分散，得到均勻的氧化石墨烯分散液；
[0008](4)將陰離子活性劑加入到步驟(3)所得到的氧化石墨烯分散液中，攪拌0.l_48h，制成鑄膜液；
[0009](5)將步驟(2)所預(yù)處理的無(wú)機(jī)多孔膜浸漬在步驟(4)所得的鑄膜液中，浸漬1-120min；
[0010](6)將步驟(5)所得的膜用去離子水清洗，然后烘干(如在烘箱中60°C干燥0.5h)，即可得到氧化石墨烯納濾膜。
[0011]在本發(fā)明方法中，所述的無(wú)機(jī)多孔膜為超濾膜或微濾膜，所述的無(wú)機(jī)多孔膜的膜材料為Al203、Ti02、Zr02或S12氧化物，所述的無(wú)機(jī)多孔膜的膜孔徑為50納米到100微米之間。
[0012]在本發(fā)明的方法中所述的步驟(3)中氧化石墨烯分散液濃度優(yōu)選為0.1-0.5g/L。
[0013]在本發(fā)明方法中所述的步驟(4)中陰離子活性劑濃度優(yōu)選為0.4-1.6g/L。
[0014]在本發(fā)明的方法中所述的陰離子活性劑為芘類磺酸衍生物，如溶劑綠7(8-羥基芘-1,3,6-三磺酸三鈉鹽)、芘-1-磺酸鈉鹽、6,8-二羥基芘-1,3-二磺酸二鈉鹽等芘類磺酸衍生物。
[0015]在本發(fā)明的方法中所述的陰離子活性劑與氧化石墨烯之間的反應(yīng)是通過31-31堆疊的方式使得陰離子活性劑修飾到氧化石墨烯上。
[0016]在本發(fā)明的方法中所述的步驟(5)中浸漬時(shí)間優(yōu)選為l-60min。
[0017]本發(fā)明方法所得高性能氧化石墨烯管式納濾膜用于染料過濾脫除。
[0018]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
[0019]一、采用多巴胺預(yù)處理多孔陶瓷基底，加強(qiáng)了基底與氧化石墨烯之間的結(jié)合力。
[0020]二、采用陰離子活性劑改性氧化石墨烯，可調(diào)控石墨烯片層之間的間距，大幅提高了膜通量。
[0021]三、采用常溫浸漬的方法成膜，簡(jiǎn)單易行，抗污染性強(qiáng)，極易于工業(yè)放大，可廣泛應(yīng)用于染料脫除領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例5的膜表面掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1
[0025]采用無(wú)機(jī)多孔膜為管式氧化鋁超濾膜，膜孔徑為0.1?0.2μπι，膜面積為26cm2，所用的多巴胺緩沖溶液為鹽酸多巴胺與三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽配制而成。
[0026]制備條件及方法:
[0027](l)0.5g鹽酸多巴胺加入到500ml，0.788g/L的三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽溶液中，在磁力攪拌的作用下分散均勻，配制成多巴胺緩沖溶液；
[0028](2)將無(wú)機(jī)管式氧化鋁基底膜浸漬在步驟(I)所配制的混合溶液中20h;
[0029](3)配制0.1g/L的氧化石墨烯溶液，超聲分散4h;
[0030](4)將陰離子活性劑加入到步驟(3)所配的溶液中，制得1.2g/L的陰離子活性劑-氧化石墨烯混合溶液，磁力攪拌12h;
[0031](5)將步驟(2)預(yù)處理的基膜浸漬在步驟(4)所得的鑄膜液中，浸漬時(shí)間為30min;
[0032](6)將步驟(5)所得到的膜用去離子水清洗，然后在烘箱中60°C干燥0.5h;
[0033]將上述所得的氧化石墨烯納濾膜在納濾裝置中進(jìn)行染料脫除性能測(cè)試，測(cè)試條件為:原料液為0.lg/L的鉻黑T(M=461.38)水溶液，室溫下測(cè)試，壓力為0.5MPa。
[0034]測(cè)得此納濾膜對(duì)鉻黑T的脫除性能為:透過液通量為525.83kg/(m2.h.MPa)，截留率為97.10%。
[0035]實(shí)施例2
[0036]采用無(wú)機(jī)多孔膜為管式氧化鋁超濾膜，膜孔徑為0.1?0.2μπι，膜面積為26cm2，所用的多巴胺緩沖溶液為鹽酸多巴胺與三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽配制而成。
[0037]制備條件及方法:
[0038](1)0.58鹽酸多巴胺加入到5001111，0.7888/1的三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽溶液中，在磁力攪拌的作用下分散均勻，配制成多巴胺緩沖溶液；
[0039](2)將無(wú)機(jī)管式氧化鋁基底膜浸漬在步驟(I)所配制的混合溶液中20h;
[0040](3)配制0.3g/L的氧化石墨烯溶液，超聲分散4h;
[0041](4)陰離子活性劑加入到步驟(3)所配的溶液中，制得1.2g/L的陰離子活性劑-氧化石墨烯混合溶液，磁力攪拌12h;
[0042](5)將步驟(2)預(yù)處理的基底膜浸漬在步驟(4)所得的鑄膜液中，浸漬時(shí)間為30min；
[0043](6)將步驟(5)所得到的膜用去離子水清洗，然后在烘箱中60°C干燥0.5h;
[0044]將上述所得的氧化石墨烯納濾膜在納濾裝置中進(jìn)行染料脫除性能測(cè)試，測(cè)試條件為:原料液為0.lg/L的鉻黑T(M=461.38)水溶液，室溫下測(cè)試，壓力為0.5MPa。
[0045]測(cè)得此納濾膜對(duì)鉻黑T的脫除性能為:透過液通量為333.15kg/(m2.h.MPa)，截留率為98.55%。
[0046]實(shí)施例3
[0047]采用無(wú)機(jī)基底為管式氧化鋁超濾膜，膜面積為26cm2，所用的多巴胺緩沖溶液為鹽酸多巴胺與三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽配制而成。
[0048]制備條件及方法:
[0049](l)0.5g鹽酸多巴胺加入到500ml，0.788g/L的三(羥甲基)甲胺鹽酸鹽溶液中，在磁力攪拌的作用下分散均勻，配制成多巴胺緩沖溶液；
[0050](2)將無(wú)機(jī)管式氧化鋁基底膜浸漬在步驟(I)所配制的混合溶液中20h;
[0051](3)配制0.2g/L的，氧化石墨烯溶