[发明专利]一种过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜、其制备方法及其应用，应用于空气中挥发性芳香族化合物处理领域，将氧化石墨烯溶液与含过渡金属离子的无机盐水溶液混合，然后通过真空抽滤法抽滤制膜，干燥后得到过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜。过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜，依靠过渡金属离子与芳香环之间的络合作用以及氧化石墨烯膜对芳香族化合物的尺寸筛分效应，两者协同作用，高效选择性地去除了空气中的挥发性芳香族化合物。本发明的方法制备过程简单，易于操作，且得到过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜具有较高的机械强度，不易破损，可重复利用，同时具有高气体通量，可有效去除空气中的挥发性芳香族化合物，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及空气中挥发性芳香族化合物处理领域，具体涉及一种用于空气纯化的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜、其制备方法及其应用。

背景技术

近几十年来，随着工业化、城市化进程的不断加快，工业污染问题日益严重，大量废气被排放到环境中，造成了空气污染。其中，石油化工、油漆、制药等行业中产生的各种挥发性芳香族化合物，如苯、甲苯、乙苯等，具有毒性和致癌性，不仅会破坏臭氧层，还会与其他空气污染物形成光化学烟雾，对环境和人体健康造成严重损害。目前处理挥发性芳香族化合物的方法主要有冷凝法、吸附法、吸收法以及焚烧法，但大多数方法都有一定的局限性。

膜分离技术是以膜为分离介质，在膜两侧施加推动力使混合气体中的组分有选择性地透过膜，从而达到分离目的，被认为是一种高效、节能的分离方法。氧化石墨烯膜由于其超薄、高通量等性能在气体分离方面显示出了巨大的潜力。然而，大多数氧化石墨烯膜是作为一种吸附剂来去除空气中的挥发性芳香族化合物，吸附能力有限，去除效率低。因此，开发一种低成本、高气体通量、超薄以及高效的氧化石墨烯分子筛膜变得尤为重要，在化工、医疗、工业等领域的应用极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜、其制备方法及其应用，所述的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜，依靠过渡金属离子与芳香环之间的络合作用以及氧化石墨烯膜对芳香族化合物的尺寸筛分效应，两者协同作用，高效选择性地去除了空气中的挥发性芳香族化合物。本发明的方法制备过程简单，易于操作，且得到了一种超薄的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜，该膜沉积在Al₂O₃陶瓷片支撑基底上，具有较高的机械强度，不易破损，可重复利用，同时具有高气体通量，比以往的氧化石墨烯膜的气体通量高出1～2个数量级，可以有效去除空气中的挥发性芳香族化合物，在化工、医疗、工业等领域具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯膜溶液与含过渡金属离子的无机盐水溶液混合振荡，得到混合溶液；

以Al₂O₃陶瓷片为支撑基底，通过真空抽滤法制备过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜；

干燥后得到过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜。

优选地，在所述的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜的制备过程中，所述的过渡金属离子为Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺或Cr³⁺，更佳的过渡金属离子为Ni²⁺。

优选地，在所述的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜的制备过程中，所述的混合溶液中，过渡金属离子浓度为0.005～0.5mmol/L，更佳的过渡金属离子浓度为0.01mmol/L。

优选地，在所述的过渡金属离子改性的氧化石墨烯膜的制备过程中，所述的振荡混合时间为10～30min，更佳的振荡混合时间为15min。