[发明专利]一种改性石墨烯、石墨烯膜及其制备方法和用途

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种改性石墨烯、石墨烯复合过滤膜及其制备方法和用途。本发明提供一种改性石墨烯，所述改性石墨烯为含有有机支链的石墨烯，所述有机支链通过硫键连接在碳骨架上。本发明通过在石墨烯的碳骨架中引入长链结构的含氟硫醇形成超疏水层，同时含氟长烷烃链的引入也能够调控石墨烯的片层孔道尺寸，提供水分子通道。本发明将改性石墨烯通过压滤辅助沉积法沉积在多孔基体上制备获得层层堆叠的石墨烯复合过滤膜，成功实现了石墨烯在海水淡化膜分离领域的实际应用，解决直接使用石墨烯压滤成膜存在漏水和漏盐的问题，发挥了石墨烯作为低维度、疏水无机材料的优势。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种改性石墨烯、石墨烯膜及其制备方法和用途。

背景技术

膜技术是海水淡化和废水处理的重要技术之一，如今，无机膜技术的开发解决了一些有机膜不能解决的潜在的问题。除了传统的基于金属氧化物的陶瓷膜，如沸石、金属有机骨架膜外，碳基材料也成为了膜材料的选择，它们具有可调的纳米结构特性，可提供优良的选择性以及/或超快的水通量。

碳基材料膜包括碳纳米管膜、石墨烯基膜等。近年来，应用碳基材料进行海水淡化的研究主要集中于利用对氧化石墨烯片层间距离的调控来进行离子筛分与海水淡化，而直接利用石墨烯进行海水淡化的研究目前大部分集中于单层多孔石墨烯海水淡化的理论计算。原始的、没有缺陷的单层石墨烯从理论上来讲，是无孔的、疏水的、氮气无法透过的。SumedhP.等(Water desalination using nanoporous single-layer graphene.NatureNanotechnology,2015(10):459-464)通过等离子体刻蚀手段在单层石墨烯上制造纳米级的孔，得到的多孔单层石墨烯能够具备优秀的分子离子筛分能力，因为水分子能够透过石墨烯上的纳米孔，而大尺寸分子和离子将基于尺寸效应和电荷相互作用效应被排斥在进料侧。但由于单层多孔石墨烯膜的制备和表征都比较困难，目前已报道的研究中通常通过膜蒸馏模拟计算来表征其性能。尽管计算结果表明，多孔单层的石墨烯能够实现超高的水通量和对于NaCl的高脱盐率，但由于合成条件的苛刻，其在实践上成功的报道较少。而石墨烯由于表面没有官能团，在各类溶剂中分散性较差，因此采用压力辅助沉积法制备的层层堆叠纯石墨烯膜微观结构有序性不理想，渗透汽化脱盐过程中会出现严重漏水漏盐现象。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改性石墨烯、石墨烯膜及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明提供一种改性石墨烯，所述改性石墨烯为含有有机支链的石墨烯，所述有机支链通过硫键连接在碳骨架上。

根据上述所述的改性石墨烯，形成所述有机支链的支链化合物为含氟硫醇，所述含氟硫醇中含有3～12个碳原子；所述含氟硫醇中含有1～21个氟原子。

根据上述所述的改性石墨烯，所述石墨烯中C原子与所述改性石墨烯中S原子的个数比为(50～100)：1。

根据上述所述的改性石墨烯，所述含氟硫醇为1H,1H,2H,2H-全氟十二烷硫醇。

本发明的目的之二在于提供一种改性石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

将石墨烯的分散液与所述含氟硫醇混合后在引发剂的作用下进行烯烃-硫醇点击反应，然后固液分离，得到所述改性石墨烯。

根据上述所述的制备方法，所述石墨烯选自单层石墨烯、双层石墨烯或少层石墨烯中的一种或几种。