[发明专利]一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域，本发明的负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜的制备方法包括以下步骤：1）制备石墨烯；2）制备石墨烯氧化物；3）制备聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜；4）复合膜表面功能化。本发明具有以下优点：通过在聚酰胺薄膜表面负载石墨烯氧化物，使得该种薄膜对细菌生长的抑制效果不会随时间增长而减弱，不会影响聚酰胺薄膜本身的渗透性与过滤能力，减少了薄膜的清洗次数，延长了薄膜的使用寿命；与现有技术中石墨烯氧化物置于聚酰胺膜内相比，减少了石墨烯氧化物的使用量，降低了生产成本，能够广泛的用于海水淡化与污水再生处理，有良好的应用前景。

主权项

一种负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：1）制备石墨烯用Hummers法制得石墨薄片，并超声处理得到石墨烯溶液；2）制备石墨烯氧化物将步骤1）中得到的石墨烯溶液进行氧化后得到石墨烯氧化物；3）制备聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜以聚砜中空纤维超滤膜为基膜，间苯二胺为水相单体，均苯三甲酰氯为有机相单体，通过界面聚合的方法制备了聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜：首先，将质量分数12%的聚砜玻璃粉末加入到纯度为大于99.5%的1‑甲基‑2‑吡咯烷酮中，搅拌至完全溶解，将混合液置于干燥器中干燥整夜，得到混合液；将涤纶无纺布粘合在洁净的玻璃板上，并用1‑甲基‑2‑吡咯烷酮润湿，将5~15mL上述的反应混合液倒在润湿后的涤纶无纺布一端，利用涂布器将反应混合液均匀的涂抹在无纺布上，得到处理过的玻璃板；将该处理过的玻璃板放入蒸馏水凝胶浴中10~15min进行相位分离，形成薄膜支撑体；然后，将薄膜支撑体浸入质量分数为3.4%的间苯二胺水溶液中1~5min，取出后去除多余溶液，再将其浸入质量分数为0.15%的均苯三甲酰氯有机相溶液中1min，通过间苯二胺与均苯三甲酰氯之间的界面反应在薄膜支撑体上形成致密的聚合物皮层；将聚合物皮层依次通过95℃的蒸馏水中浸泡2min、200ppm的NaOCl水溶液浸泡2min、1000ppm的NaHSO₃水溶液浸泡30s后，再将其清洗后于4℃的条件下保存在蒸馏水中，得到聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜；4）复合膜表面功能化首先，将步骤3）中得到的聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜用框架包裹覆盖，只露出薄膜顶部的聚合物皮层，然后将其与由pH为5的4mmol/L的二氯乙烷，10mmol/L的羟基丁二酰亚胺和0.5mol/L的NaCl以及10mmol/L脂肪酸甲酯磺酸盐组成的混合缓冲溶液接触1~1.5h后，用蒸馏水清洗2次，去除复合膜表面残留的混合缓冲溶液；然后再将该聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜与由pH为7.5的10mmol/L乙二胺，0.15mmol/L的NaCl的10mmol/L的羟乙基呱嗪乙硫磺酸组成的缓冲溶液接触25~35min，使得乙二胺附着与复合薄膜表面，得到处理后的聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜；其次，将步骤2）得到的石墨烯氧化物10~15mg均匀地加入10mL pH为6的10mmol/L的脂肪酸甲酯磺酸盐的缓冲溶液中，同时进行超声处理10~15min后形成稳定的悬浮液；将该悬浮液离心处理，于室温下，将上清液移入pH为6的40mL的10mmol/L的脂肪酸甲酯磺酸盐缓冲液中反应15min，得到石墨烯氧化物的混合溶液；然后，将处理后的聚酰胺/聚砜中空纤维复合膜与石墨烯氧化物的混合溶液接触反应，同时加入2mmol/L的二氯乙烷和5mmol/L的羟基丁二酰亚胺的混合溶液，并置于定轨摇床上，以70rpm/min的转速不停搅拌10~20min，使得石墨烯氧化物在聚酰胺薄膜表面的附着，得到反应物；将反应物用蒸馏水冲洗，通过2min的超声处理去除复合薄膜表面未能附着的石墨烯氧化物，得到负载氧化石墨烯纳米薄片的聚酰胺薄膜，将其于4℃下保存在蒸馏水中。