[发明专利]一种三维GO片球颗粒改性有机复合超/微滤膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分离膜改性技术领域，涉及一种三维氧化石墨烯(GO)片球颗粒改性有机复合超/微滤膜制备方法。

背景技术

在如今的废水处理领域,膜分离技术仍然是一种重要的技术,有着广泛的应用市场和前景。与此同时，纳米材料的出现,尤其是最近几年,各种各样新型的纳米材料以及各种复合纳米材料的出现,在各个研究领域得到了广泛地应用,而将纳米材料融入传统的膜材料之中，也吸引了众多研究者的目光。

膜分离技术中，超微滤膜技术是比较常用的一种。常用材质主要有有机聚合物，包括聚砜、聚醚砜、聚酰胺和聚偏氟乙烯。超微滤膜中添加较多的纳米颗粒包括二氧化硅、二氧化钛、Al₂O₃和氧化石墨烯GO等。但是，无机颗粒在有机聚合物中的添加,常常会导致混合体系的分散不均匀,从而影响膜的形态特性。尤其是纳米颗粒容易团聚的特性，会导致纳米颗粒和有机相的相容性不是很好。

纳米杂化颗粒由于具备传统纳米颗粒的复合特性，受到了很多的关注纳米杂化颗粒是将最少两种不同纳米颗粒进行合成，合成的同时能够结合多种颗粒的不同特性。比如，SiO₂-碳纳米管、SiO₂-Al₂O₃、Al₂O₃-TiO₂、TiO₂-Au等。在各种杂化颗粒的合成中，氧化石墨烯因为具有强大的比较面积和大量官能团，经常被用来进行杂化颗粒的制备。

氧化石墨烯可以和Fe³⁺,Ni²⁺,Al³⁺等进行合成。纳米杂化颗粒能很好地解决传统纳米颗粒团聚现象，同时还兼备多种复合功能。并得到了快速广泛地推广。

发明内容

本发明的目的是为了提高传统纳米颗粒添加剂在高分子聚合物中的分散性能，提供一种三维GO片球颗粒改性有机复合超/微滤膜制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种三维GO片球颗粒改性有机复合超/微滤膜制备方法，包括下述步骤:

1)三维GO基片球颗粒的制备：配制浓度为60～95wt％无水乙醇和纯水的混合溶液，按照质量比向1L混合液中加入2～50mg的氧化石墨烯粉末，将混合液的pH值调至8.0～9.0，得到碱性溶液，按照质量比在1L碱性液中滴入0.5～5mg的正硅酸乙酯，超声，常温储存，离心，并用无水乙醇反复清洗滤饼，真空冷冻干燥24h，所得颗粒储存备用；

2)有机复合超/微滤膜铸膜液的制备：将质量分数为0.1～1wt％的氧化石墨烯基片球颗粒加入70～80wt％有机溶剂中，超声；按照质量分数为1～5％加入高分子添加剂，高速搅拌，缓慢加入14～26wt％高分子聚合物，70℃搅拌，至高分子聚合物完全溶解，静置脱泡10～15h；

3)成膜固化：采用浸没沉淀相转化的方法，将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上；迅速把玻璃板水平浸没在常温去离子水中，分相成膜；将制好的成膜放在去离子水中至少24h，得到改性聚偏氟乙烯复合超/微滤膜。

进一步，所述氧化石墨烯采用改进Hummers方法制备，采用下述方法制备：

按照重量份将2份天然鳞片石墨粉与6份硝酸钠混合，缓慢加入184份浓硫酸，在4～6℃下充分搅拌20～40min；加入0.2份高锰酸钾；常温下在1h内，分批加入8份高锰酸钾。35±3℃下充分搅拌1.5～2h，得到褐色悬浮液；

然后缓慢加入100份水，在40～45℃下再加入10份30％H₂O₂和55mL超纯水的混合溶液，过滤，得到黄褐色滤饼；

用50份浓度为3％的稀盐酸溶液将黄褐色滤饼多次洗涤，并分散于800份水中，然后离心，透析，低频超声10h，得到棕色混合溶液，离心30min，-40℃真空冷冻干燥24h，储存备用。

进一步，所述氧化石墨烯所用的石墨粉为50～500目的粉末。

进一步，所述改性有机复合超/微滤膜成膜厚度100μm～180μm。

进一步，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚醚砜、聚氨酯和醋酸纤维素中的一种。

进一步，所述有机溶剂包括N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮的一种或几种。

进一步，所述高分子添加剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇、氯化锂、丙烯酸或β-环糊精中的一种或多种。