[发明专利]一种氧化石墨烯改性滤纸及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯改性滤纸及其制备方法与应用，属于有机无机复合功能材料技术领域。

背景技术

含油废水主要来自石油开采、原油泄漏、船舶压舱水以及化工、钢铁、食品、纺织、机械加工等行业，含油污水破坏生态平衡，危害人类健康。对含油污水进行处理，有利于水环境的改善；通过油水分离可去除成品油中的水分等杂质，提高油品质量。利用材料的特殊浸润性对油和水的不同界面作用来实现油水分离，已经成为推动油水分离技术发展的重要突破口，与传统的油水分离材料相比，具有特殊浸润性的油水分离材料具有高效性和高选择性。目前，具有特殊浸润性的油水分离材料主要包括除油和除水两类。随着人们对含油水处理和油水分离要求的不断提高，对油水分离技术和材料提出了新的挑战。

氧化石墨烯作为一种新型的纳米材料，本身具有超大的比表面积和多孔结构，化学性质稳定。氧化石墨烯因其在水中具有优越的分散性，长久以来被视为亲水性物质，但氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布，因此氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。鉴于其特殊性能，氧化石墨烯在油水分离领域展现了良好的应用前景。氧化石墨烯在油水分离中的应用主要有两种途径：一是将氧化石墨烯制成薄膜或负载于其它载体表面，利用氧化石墨烯本身的超亲水及水下超疏油性实现油水分离；二是将氧化石墨烯还原为石墨烯，利用石墨烯的超疏水性实现油水分离。中国专利CN103768960A公开了一种石墨烯基膜的制备方法及其在油水分离中的应用，其由氧化石墨烯与交联剂形成凝胶，干燥，在10～200千帕压强下压实后还原得到。中国专利CN104815608A公开了一种基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方法，利用氧化法切割功能化氧化石墨烯纳米带，然后通过真空抽滤方法制备氧化石墨烯纳米带多孔薄膜。中国专利CN103623709A公开了氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜及制备方法和应用，将亲水聚合物水敏剂、交联成膜剂、纳米硅溶胶混合，以氧化石墨烯为无机交联剂，超声分散，涂渍于丝网成膜，烘干交联，得超亲水及水下超疏油的油水分离网膜。中国专利CN104841287A公开了一种多功能分等级油水分离复合膜材料的制备方法，采用氢气泡模板法制备多孔网状Cu薄膜，通过浸渍法在多孔Cu薄膜表面制备壳聚糖(CS)和氧化石墨烯(GO)复合涂层。中国专利CN104828817A公开了一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜及其制备方法，将表面具有大量缺陷的不锈钢网浸泡到氧化石墨烯水溶液中，使氧化石墨烯覆盖到不锈钢网网丝表面，得到一种氧化石墨烯网膜。中国专利CN105396466A公开了一种高水通量的纤维素纳米纤维-氧化石墨烯杂化的复合超滤膜及其制备方法，其结构包括至少一层纤维素纳米纤维与氧化石墨烯杂化的过滤层，及至少一层微滤膜支持层或者静电纺纳米纤维支持层，该复合超滤膜在油水分离过程中具有良好的抗污染结垢性能和耐压性能。中国专利CN103626171A公开了一种油水分离材料的制备方法，将海绵材料浸泡于氧化石墨烯溶液中，得到氧化石墨烯包覆海绵材料，在还原剂的作用下进行还原反应，得到油水分离材料。中国专利CN103432994A公开了一种磁性的石墨烯基吸油泡沫复合材料的制备方法，将氧化石墨超声分散后得到氧化石墨烯水溶液，并加入碳纳米管，经抽滤成膜，通过水热还原法得到石墨烯基泡沫材料，通过化学方法在其表面负载氧化铁制备磁性石墨烯基泡沫复合材料。

在保持高油水分离效率的前提下，选择通用材料作为基体，简化工艺过程，提高稳定性，降低造价，实现氧化石墨烯在油水分离材料中的大规模制备与应用是该领域的发展方向。与金属网膜或其他硬质材料相比，纸基材料具有柔软、易成形等优点，制备油水分离材料具有独特优势，但是纸基氧化石墨烯材料的报道较少。中国专利CN105254920A公开了一种石墨烯纸预浸料的制备方法，将超声分散均匀的石墨烯悬浮液采用微孔滤膜真空过滤，将石墨烯膜材料连同滤纸干燥，将滤物从微孔滤膜上揭下，然后热处理以去除分散剂，从而得到自支撑的石墨烯纸状材料，将其置于环氧树脂和溶剂的混合液中浸渍，得到树脂浸渍的石墨烯纸预浸料。中国专利CN103086373A公开了一种二氧化钛-石墨烯复合纳米纸及其制备方法，其主要组分为二氧化钛纳米带和石墨烯或者二氧化钛纳米带、石墨烯和添加剂，制备主要包括合成-复合-分散-抽滤-干燥等工序。