[发明专利]一种利用改性石墨烯增强抗菌性和抗污染性的超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超滤膜的制备技术领域，尤其涉及一种利用改性石墨烯增强抗菌性和抗污染性的超滤膜的制备方法。

背景技术

分离膜技术在工业上应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。其中，超滤膜技术已广泛用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品及食品工业制品，还可用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯，果汁浓缩，废水回收，纯水制备前处理等。随着超滤膜技术的发展，其筛选功能必将得到改进和加强，其对人类社会的贡献也将越来越大。

超滤膜的结构有对称和非对称之分。根据膜材料，可以将超滤膜分为有机膜和无机膜，根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。然而，无论是哪一类超滤膜，其在使用过程中的污染问题一直是困扰其广泛应用的主要问题，其中以微生物污染最为严重。这些污染问题严重影响膜透过通量，并缩短膜的寿命，需要通过物理、化学等方法进行清洗而得到部分恢复，大大增加了操作成本，并在一定程度上造成了膜性能的不可逆损坏。

研究发现，膜孔堵塞和泥饼层形成是造成膜污染的主要原因(Katsoufidou K，Yiantsios S G，Karabelas A J.Experimental study ofultrafiltration membrane fouling by sodium alginate and flux recovery bybackwashing[J].Journal of Membrane Science，2007，300(1-2)：137-146.)。有研究表明，在处理生活污水中，比超滤膜孔径大的溶解性有机物、微生物是构成膜污染的主要成分，其产生的膜阻力超过总膜阻力的50％(Zheng X，Ernst M，Jekel M，Identification and quantification of major organic foulants intreated domestic wastewater affecting filterability in dead-end ultrafiltration[J].Water Research，2009，43：238-244.)。

整个膜污染阶段可分为三个阶段，第一阶段生物聚合物不断进入到膜孔里，随着生物聚合物浓度相对较高时，所有的孔在短时间内被堵住；第二阶段是随后的迁移性生物聚合物沉积在之前的已经吸附在孔内的生物聚合物上，从而形成膜污染；第三阶段，随着越来越多的迁移性生物聚合物聚集在膜表面，形成凝胶层和泥饼层。随着生物聚合物浓度的变化，膜污染阶段可能变成两种阶段或阶段之间可相互转换。可见微生物污染对膜性能的影响是举足轻重的，应该引起广泛关注。

在近些年中，研究者开始尝试通过改善制膜技术，筛选制膜材料，试图增加膜的抗菌性能，从而来降低膜污染。

公开号为CN201010204796的专利公开了一种纳米TiO₂改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的制备方法，此发明在PVDF超滤膜表面增加纳米TiO₂亲水性单体，同时使用表面活性剂十二烷基硫酸钠，并用超声波振荡进行分散，减少纳米TiO₂的团聚，使纳米TiO₂快速、均匀地分布在制膜液中，有效提高了PVDF超滤膜的亲水性，大大降低能耗、增强膜的抗污染能力及对污染物的截留性能、延长膜使用寿命。

由于从石墨烯发现至今不足十年，大部分的探索工作集中在如何制备石墨烯薄膜等基础研究上，很少有人将石墨烯运用于现实的应用中。

公开号为CN201010607319.2的专利公开了一种石墨烯/氧化石墨烯复合膜，由石墨烯层和氧化石墨烯层组成，每层厚度在50nm～1mm之间，该膜具有很好的机械性能，同时对于温度或湿度具有很强的响应特性，该特性使得石墨烯/氧化石墨烯的复合膜可以应用在微执行器或传感器上。

公开号为CN201210036207.5的专利公开了一种石墨烯膜及石墨烯的复合碳膜的制备方法，该发明以液相超声剥离法获得石墨烯分散液，以此分散液为基液可以制备出不同的静电喷雾的前驱液，本发明方法的优点是制膜温度低、设备价格低以及制备工艺简单，制得的薄膜具有附着性较好及多孔的特性且具有良好电学性能。