[发明专利]一种聚合物/石墨烯杂化纳滤复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领或，具体涉及一种含石墨烯的杂化纳滤复合膜及其制备方法。

背景技术

作为一种新型膜分离技术，纳滤膜技术在饮用水的深度处理与安全保障，电力行业冷却水的软化，石油、化工、食品、生物与医药行业物质的分离、纯化和浓缩，工业废水中有机物的脱除等领域有着广泛的应用前景。

界面聚合法是目前纳滤复合膜的主要制备工艺，它是利用两种反应活性很高的单体在互不相溶的水相介质与油相介质的界面处发生缩聚反应，形成一层超薄聚合物功能皮层。目前的纳滤复合膜大多是通过多元胺和多元酰氯在多孔支撑膜表面的缩聚反应形成一层很薄的聚合物功能皮层而制得的。

高性能纳滤膜一直是研发人员追求的目标，但由于聚合物膜的渗透性和渗透选择性往往是相互矛盾的，也就是高渗透性聚合物膜通常渗透选择性较低，而渗透选择性高的聚合物膜通常渗透性较低，即所谓的“Robeson”效应。有机-无机杂化是改善聚合物膜渗透性和渗透选择性的有效方法之

石墨烯是2004年被发现的一种新型二维平面纳米材料，它是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35nm。这种特殊的单原子层结构决定了石墨烯具有丰富而新奇的物理性质。目前关于石墨烯作为分离功能材料的研究报道也越来越多。研究表明，和已知的无机材料相比，石墨烯作为分离材料具有极高的吸附、渗透性和稳定性(Nair R R，Wu H A，Jayaram P N，Grigorieva I V，Geim A K，Unimpeded Permeation of Water through Helium-Leak-TightGraphene-Based Membranes，Science，2012，335(6067)，442-444，HuailiangDu，Jingyuan Li，Jing Zhang，et al，Separation of Hydrogen and NitrogenGases with Porous Graphene，J.Phys.Chem.C，2011，115，23261-23266，[13]Joshua Schrier，Fluorinated and Nanoporous Graphene Materials as Sorbentsfor Gas Separations，Applied Materials&Interfaces，2011，3，4451-4458，De-en Jiang，Valentino R.Cooper，and Sheng Dai，Porous Graphene as theUltimate Membrane for Gas Separation，Nano Lett.，2009，9，4019-4024)。

石墨烯的两维平面结构，通过杂化可以获得具有理想结构的石墨烯/聚合物杂化膜；同时由于石墨烯表面与分子间的相互作用表现出许多特有的现象，这将为石墨烯/聚合物杂化膜提供优异的性能。

发明内容

本发明提供一种高性能纳滤复合膜的制备方法，在多孔支撑膜上通过水相介质和油相介质的界面聚合反应，引入具有较高水通量的石墨烯材料，形成一层包含有石墨烯的芳香聚酰胺功能皮层。

一种聚合物/石墨烯杂化纳滤复合膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)水相介质的配制：将多元胺分散在水中，配制成0.01～0.2mol/L的水相介质；

(2)油相介质的配制：将多元酰氯分散在有机溶剂中，配制成1×10^-4～5×10^-3mol/L的油相介质；

(3)将石墨烯溶解于所述水相介质、油相介质中的至少一种中；

(4)界面聚合反应：将多孔支撑膜浸渍在水相介质中，取出后去除多孔支撑膜表面残存的水相介质，再将该多孔支撑膜表面与油相介质单面接触进行界面聚合反应，得到初生态的杂化纳滤复合膜；

(5)将所述初生态的杂化反渗透膜以油相介质中取出，干燥后进行热处理、漂洗，即制得聚合物/石墨烯杂化纳滤复合膜。

所述的多元胺为哌嗪、乙二胺、环己二胺、间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、三乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或几种的混合物。

所述的多元酰氯为邻苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯中的一种或几种的混合物。

所述步骤(2)中的有机溶剂选自正己烷、正庚烷、十二烷或三氟三氯乙烷。