[发明专利]一种掺杂氨基化石墨烯量子点的高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂氨基化石墨烯量子点高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法、所制备的复合膜以及该膜的应用。所述的一种复合膜的制备方法包括界面聚合反应步骤、化学交联步骤和溶剂活化步骤。本发明通过在界面聚合单体溶液中加入氨基化石墨烯量子点，显著提高了膜的分离性能和耐溶剂性能，通过提高交联和溶剂活化温度缩短了制膜时间。所述的氨基化量子点表面带有大量的氨基，能够和有机相单体反应，形成牢固的共价键，在提高膜的性能的同时，显著提高了量子点在膜中的稳定性。本发明制备工艺简单，在有机溶液体系分离领域和含有机溶剂水处理领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种掺杂氨基化石墨烯量子点（af-GQDs）的高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法、所制备的复合膜以及该复合膜的应用。

背景技术

纳滤（NF）是一种介于反渗透（RO）和超滤（UF）之间的分离技术，以其独特的分离性能，广泛用于水处理、食品、医药、印染、化工等诸多领域。目前商业化的纳滤膜主要用于水溶液体系，但许多工业分离过程中需要使用大量的有机溶剂，这就要求纳滤膜具有良好的耐有机溶剂性能。开发高性能的耐有机溶剂纳滤膜（SRNF）及其相关的SRNF分离技术，可以拓展膜技术在有机溶液体系中的应用，与现有生产工艺有机结合，替代能耗大、污染重的传统工艺，实现技术革新、产业升级、节能降耗、淘汰落后产能、减少环境污染。

含有苯环结构的芳香族聚酰亚胺（PI）具有高强度、高热稳定性以及优异的耐有机溶剂性能，在SRNF膜制备方面具有良好的应用前景。

目前，PI耐有机溶剂纳滤膜主要通过溶液凝胶相转化的方法制得，溶液凝胶相转化是指将均一的聚合物溶液（铸膜液）浸入到主要由非溶剂（non~solvent）组成的凝胶浴中，通过溶剂与非溶剂之间的质量交换，使聚合物溶液发生相分离，所形成的聚合物富相构成了膜的主体结构，而聚合物贫相就形成了膜的孔结构，从而制备出所需要的纳滤膜。相转化技术工艺成熟，成本低廉，但该方法所制备的膜皮层较厚，通量较低，使膜的应用范围受到限制。因此开发具有较高通量的耐有机溶剂的纳滤膜是所属技术领域的重要挑战。

界面聚合（IP）法是制备高通量膜的一种非常好的技术。IP法是利用两种反应活性很高的单体在两个互不相溶的溶剂界面处发生聚合反应，形成致密复合层。该方法制备的复合膜分离皮层很薄，且共价键的形成可提高膜的强度。IP法具有操作简单、反应速度快、反应条件温和、容易控制等优点，是目前世界上商品膜产量最大、品种最多的制备方法，广泛应用于面向水溶液体系的纳滤膜和反渗透膜的制备。但这种面向水溶液体系的界面聚合纳滤膜普遍存在耐溶剂性差，难以用于有机溶液体系的技术问题，且目前在界面聚合法耐溶剂纳滤膜的制备方面研究较少。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中面向水溶液体系的纳滤膜难以用于有机溶液体系，且相转化方法制备的耐有机溶剂纳滤膜存在通量较低的技术问题，提出一种掺杂氨基化石墨烯量子点（本领域中简写为：af-GQDs）的高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法，所制备的耐有机溶剂有机/无机杂化复合膜具有优异的耐溶剂性能，并且具有较高的通量、盐截留率以及染料脱除率，大幅度提高了膜的性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明第一个方面公开了一种掺杂氨基化石墨烯量子点（af-GQDs）的高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法，以聚酰亚胺超滤膜为基膜、利用界面聚合技术制备复合膜。

一种掺杂af-GQDs的高通量耐溶剂有机/无机杂化复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，以聚酰亚胺超滤膜为基膜，将基膜表面与含有氨基化石墨烯量子点和二胺化合物的水相单体溶液充分接触1s~30min后，去掉基膜表面的水相溶液并在一定温度的气氛中晾干10~300s；将晾干后的基膜表面与含有四元酰氯的第一有机溶剂的溶液充分接触1~120s后，去掉膜表面的有机相溶液，并在60~100℃的气氛中热处理一定时间，之后于干燥环境中自然冷却，得到干态复合膜；