[发明专利]一种基于石墨烯氧化物的海水淡化复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及膜分离技术领域，提供了一种基于石墨烯氧化物的海水淡化复合膜及其制备方法。该海水淡化复合膜按过滤方向依次包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；所述微孔陶瓷层的平均过滤孔径为1‑10微米，所述石墨烯氧化物层的平均过滤孔径为1‑5纳米，所述二氧化硅气相层的平均过滤孔径大于20微米。本发明的海水淡化复合膜以石墨烯氧化物为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，且该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，特别地，涉及一种基于石墨烯氧化物的海水淡化复合膜及其制备方法。

背景技术

随着地球上人口的增多，再加上淡水湖、河、地下水等淡水资源的污染，淡水资源非常紧缺，如不引起重视，不就将来导致整个人类缺水。而海洋中拥有无以量计的水源，如果能够对其进行淡化利用，无疑将彻底改变目前缺淡水的局面。

目前所用的海水淡化方法主要有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，其中，应用反渗透膜法及蒸馏法是市场中的主流。其中，蒸馏法存在成本高、耗能高的技术缺陷。而反渗透膜法存在海水盐分去除率相对较低的技术缺陷。

如专利201410080407.X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，该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。该发明具有以下优点：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。

但是上述专利中氧化石墨烯的主要作用是抑菌，其本身并不是过滤海水使其淡化的主要介质。在淡化率上来说并不突出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于石墨烯氧化物的海水淡化复合膜及其制备方法。本发明的海水淡化复合膜以石墨烯氧化物为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，且该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯氧化物的海水淡化复合膜，按过滤方向依次包括微孔陶瓷层、石墨烯氧化物层和二氧化硅气相层；所述微孔陶瓷层的平均过滤孔径为1-10微米，所述石墨烯氧化物层的平均过滤孔径为1-5纳米，所述二氧化硅气相层的平均过滤孔径大于20微米。

本发明的海水淡化复合膜，为三层复合结构。

其中，石墨烯氧化物层起到最为主要的淡化水作用，其平均过滤孔径仅为1-5纳米，略大于水分子的大小，因此水分子能够无阻碍的通过。而大部分盐(比如海水中含量较高的氯化钠)的水壳的大小要大于过滤孔径，因此被阻挡在膜外而无法通过。因此本发明中石墨烯氧化物层是作为主要的“分子筛”。而现有技术中石墨烯氧化物虽然也有用于海水淡化，但是其原理是利用石墨烯氧化物对阳离子和/或阴离子的吸附作用而起到过滤作用，当水通量较大时，盐分会由于无法被及时吸附而通过淡化膜，因此脱盐率不够高。由上可知其原理与本发明截然不同。因此与现有技术相比，通过本发明海水淡化复合膜的淡化水中的含盐率更低。

作为进水面的微孔陶瓷层，其滤孔较大，作用是为石墨烯氧化物层抵挡大量的有机、无机颗粒杂质，防止这些杂质附着于石墨烯氧化物层表面而使其滤孔堵塞、过滤效率降低。微孔陶瓷层起到“容尘”作用。微孔陶瓷层的滤孔不宜过小，否则会影响复合淡化膜的通水量。

作为出水面的二氧化硅气相层，其滤孔最大，因为其主要作用并非是过滤作用。由于石墨烯氧化物层较为脆弱，因此微孔陶瓷层和二氧化硅气相层能够起到保护作用。