[发明专利]一种石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜及其制备方法，该渗透膜是由石墨烯@碳化硅核壳结构体与聚酰亚胺树脂凝胶组配而成的膜；所述石墨烯@碳化硅核壳结构体由掺杂后的碳化硅衬底经过化学气相沉积法外延生长石墨烯薄膜后，再经过电化学腐蚀法选择性腐蚀其中的重掺杂的碳化硅层后形成。本发明制备的石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜，其脱盐率和耐污染能力具有大幅度的提高，有望应用于包括高盐、富氧、低盐的原水处理等领域。

技术领域

本发明属于聚合物复合膜材料技术领域，具体涉及一种石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜及其制备方法。

背景技术

单一的反渗透技术能耗已达“瓶颈”，无法得更低的能耗。改变渗透膜的孔结构，提升不同的膜活性层材料间的协同作用，已成为降低渗透能耗、提升使用寿命的首选。

目前石墨烯提升渗透膜性能的研究，围绕2010年由Menachem Elimelech提出的膜结构模型，通过改变支撑层与活性层的种类，功能添加剂(石墨烯及碳纳米管等)的比例，调节特定实验环境调节水处理效果。广泛研究的渗透膜技术，受膜结构理论的影响，局限于使用不同比例的材料复合以调节膜厚及孔径，难以适应复杂的实际使用环境。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜，其脱盐率和耐污染能力具有大幅度的提高，有望应用于包括高盐、富氧、低盐的原水处理等领域。

本发明采取的技术方案如下：

一种石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜，是由石墨烯@碳化硅核壳结构体与聚酰亚胺树脂凝胶组配而成的膜；所述石墨烯@碳化硅核壳结构体由掺杂后的碳化硅衬底经过化学气相沉积法外延生长石墨烯薄膜后，再经过电化学腐蚀法选择性腐蚀其中的重掺杂的碳化硅层后形成。

本发明的石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜中，石墨烯与碳化硅的晶格匹配度高，层间由范德华力连接，面内均匀层状分布；石墨烯@碳化硅核壳结构表面形成的无序排列的微坑，成为盐离子碰撞-接触-键合-断裂的无序的结合点，并在膜内外形成显著的浓度梯度；石墨烯与聚酰亚胺树脂之间通过原位等离子体化学气相沉积反应形成共价键作用力，复合材料的界面作用力强，结合紧密。

所述石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜的脱盐率和耐污染能力具有大幅度的提高，有望应用于包括高盐、富氧、低盐的原水处理等领域。

进一步地，所述石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜，按重量百分比计算包括以下组分：

聚酰亚胺树脂胶体     80～85％；

石墨烯               5～10％；

碳化硅               5～10％。

进一步地，所述石墨烯@碳化硅核壳结构体呈薄片状，其厚度为3nm～10nm，片径为100μm～300μm。

本发明还提供所述石墨烯@碳化硅核壳复合聚酰亚胺渗透膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、碳化硅-n-碳化硅-石墨烯复合材料的制备：