[发明专利]一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜技术则是实现海水淡化及水再生利用最有效、最经济的手段，其核心是高性能的渗透复合膜，常用的是聚酰胺复合薄膜。然而，膜表面细菌的生长，以及水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜之间的物理化学相互作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积会造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象，降低了膜的使用寿命，同时也提高了水处理中膜法的能量损耗。随着国家节水减排政策的快速推进，膜法深度回用中的微生物污染在实际的工业应用中的危害程度越来越为严重，已经成为制约膜分离过程的主要因素。所以，人们亟待开发一种可以用于抵制水处理膜生物污染的新型复合薄膜材料。

目前常用的方法是在聚酰胺薄膜里掺杂具备杀菌作用的纳米材料，如银纳米颗粒等。然而，纳米颗粒的杀菌效果会随着时间的增长而逐渐降低；同时，如果不能及时回收，纳米颗粒会对环境产生危害，这也就限制了此类材料的大规模实际应用。

此外，石墨烯是一种新型二维平面纳米材料，它是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，其厚度仅为0.35nm，具有极高的吸附和渗透性；氧化态石墨烯也可以通过石墨烯的化学氧化得到，成本相对较低。氧化态石墨烯可以有效地抑制聚酰胺复合薄膜表面的细菌生长，而且这种效果不会随着时间的增长而降低，也无需对膜进行反复的清洗，提高了膜的使用周期。但是，石墨烯氧化物的这种杀菌效果必须通过与细菌细胞的直接接触，如果将石墨烯氧化物置于膜内，对于灭杀微生物细菌是无效的，而且，由于纳米材料昂贵，还有可能会对环境造成影响。因此，纳米材料的高效使用、生产成本的降低，是今后抗菌膜发展的关键所在。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜的制备方法，本发明还提供由上述方法制得的负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜；本发明还提供了上述薄膜的应用。本发明克服了传统膜的抑菌效果时长短、清洗繁琐等缺陷，同时降低了生产成本，环境友好。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）制备石墨烯

用Hummers法制得石墨薄片，并超声处理得到石墨烯溶液；

2）制备石墨烯氧化物

将步骤1）中得到的石墨烯溶液进行氧化后得到石墨烯氧化物；

3）制备聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜

以聚砜中空纤维超滤膜为基膜，间苯二胺为水相单体，均苯三甲酰氯为有机相单体，通过界面聚合的方法制备了聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜：

首先，将质量分数12%的聚砜玻璃粉末加入到纯度为大于99.5%的1-甲基-2-吡咯烷酮中，搅拌至完全溶解，将混合液置于干燥器中干燥整夜，得到混合液；将涤纶无纺布粘合在洁净的玻璃板上，并用1-甲基-2-吡咯烷酮润湿，将5~15mL上述的反应混合液倒在润湿后的涤纶无纺布一端，利用涂布器将反应混合液均匀的涂抹在无纺布上，得到处理过的玻璃板；将该处理过的玻璃板放入蒸馏水凝胶浴中10~15min进行相位分离，形成薄膜支撑体；

然后，将薄膜支撑体浸入质量分数为3.4%的间苯二胺水溶液中1~5min，取出后去除多余溶液，再将其浸入质量分数为0.15%的均苯三甲酰氯有机相溶液中1min，通过间苯二胺与均苯三甲酰氯之间的界面反应在薄膜支撑体上形成致密的聚合物皮层；将聚合物皮层依次通过95℃的蒸馏水中浸泡2min、200ppm的NaOCl水溶液浸泡2min、1000ppm的NaHSO₃水溶液浸泡30s后，再将其清洗后于4℃的条件下保存在蒸馏水中，得到聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜；

4）复合膜表面功能化