[发明专利]一种基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜及其制备方法，通过在氧化石墨烯纳米片的分散液中加入4‑乙烯基吡啶，在引发剂偶氮二异丁腈AIBN的作用下进行自由基聚合反应，并将聚合后的膜液沉积在多孔基底上，即得到基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜。与现有的技术相比，本发明制备的响应膜对pH响应更为敏感。

技术领域

本发明属于膜分离的技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术在工业发展中扮演了越来越重要的角色，但是传统的多孔膜由于其不可改变的孔径和不可改变的表面特性限制了它们在智能分离和可控渗透方面的应用。近年来，具有环境响应性的智能膜，以其高效节能、可适应环境变化的特点代表着新型解决方案。受到具有刺激响应通道的细胞膜的启发，制备能够进行分子选择性的智能纳米门控膜引起了许多研究人员的兴趣。

通过对聚合物基材膜的表面或膜孔进行修饰，构建人工纳米通道，在纳米通道内引入具有环境响应特性的“聚合物刷”，“聚合物刷”能够感知外界微小的化学、物理刺激(如pH、离子强度、温度和光等)，改变其构象，使通道尺寸发生变化，从而改变膜通量等参数。但是人工纳米通道的构建过程复杂且可控性差，不易操作。而二维膜材料本身具有天然均匀的二维纳米通道，为智能响应膜的开发研究提供了新的思路。

高分子材料科学与工程(2016,32(03):64-69.)报道了一种聚乙烯基吡啶接枝聚砜膜，该膜的制备方法是利用氯甲基为引发剂、氯化亚铜(CuCl)为催化剂以及N,N,N',N″,N″-五甲基二亚乙基三胺(PM-DETA)为配体，采用表面引发原子转移自由基聚合法(SI-ATRP)在聚砜(PSF)膜表面接枝聚4-乙烯基吡啶(P4VP)。该膜虽然具有一定的pH响应能力，但是聚砜本身易吸附杂质，导致使用寿命的降低。另外PSF膜本身较为疏水，导致膜的水通量较低。且SI-ATRP聚合反应条件较为苛刻，需要无水、无氧条件，难以在实际中推广。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜及其制备方法，旨在获得一种能够在不同pH环境下自我调控纳米通道大小的二维智能响应膜。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜，其特点在于：通过在氧化石墨烯纳米片的分散液中加入4-乙烯基吡啶，在引发剂偶氮二异丁腈AIBN的作用下进行自由基聚合反应，并将聚合后的膜液沉积在多孔基底上，即得到所述基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜。具体制备步骤如下：

步骤1、将氧化石墨烯纳米片加入有机溶剂中，超声分散均匀，获得氧化石墨烯纳米片的分散液；

步骤2、在所述分散液中依次加入4-乙烯基吡啶和引发剂AIBN，并搅拌均匀，获得混合反应液；

步骤3、在N₂气保护下，对所述混合反应液进行加热反应，获得膜液；

步骤4、将所述膜液通过纳米片组装技术负载在多孔基底上，烘干去除溶剂，即得到基于氧化石墨烯的二维pH智能响应膜。

作为优选，氧化石墨烯纳米片与4-乙烯基吡啶的质量比为1:0.1-100，AIBN与4-乙烯基吡啶的质量比为0.01-0.5:1。

作为优选，步骤1中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜中的一种。

作为优选，步骤1中，所述分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01-1mg/mL。

作为优选，步骤1中，超声温度为20-50℃，超声时间为1-5h。

作为优选，步骤3中，所述加热反应的温度为60-95℃、反应时间为2-8h。