CN103301758A - 一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，它涉及一种膜的制备方法。本发明要解决现有方法制备的正渗透膜存在纯水渗透通量低、盐渗透通量高和机械强度差的问题。方法为：一、制备超滤基膜；二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液；三、配置强氧化剂溶液；四、制备含有吡咯的超滤基膜；五、氧化处理机，即得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。优点：三、本发明制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜以石墨烯/聚吡咯作为选择层，机械强度高(拉伸强度12MPa～18MPa)、纯水渗透通量大和盐类渗透通量小，适用于海水脱盐等正渗透分离领域。本发明主要用于制备石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜的制备方法。
背景技术
由于淡水资源日已枯竭，海水淡化技术正越来越受重视。其中膜分离技术尤其是新型膜分离技术正受到科学家们的广泛关注。其中，正渗透技术是近年来发展起来的一种膜分离技术，是一种依靠溶液渗透压作为驱动力达到目标溶液分离的一项技术。其特点在于不用外加压力即可达到目标体系的分离，抗污染能力强、常温常压下即可操作，是一种节能环保、可持续发展的分离方式。
正渗透膜作为一种选择性透过膜，是正渗透分离技术的基础。正渗透过程中，水通过正渗透膜从高水化学势一侧向低水化学势一侧传递（即渗透压的不同），而水分子之外的溶解物质被截留在原料液一侧（即高水化学势一侧），从而实现了水的分离。正渗透膜不仅需要厚度尽量薄，以便让原料液接近驱动溶液，保持高渗透压；同时也需要足够强韧，可抵抗渗透产生的水流压力。因此合成适用于正渗透分离的正渗透膜是至关重要的，其中选择合适的膜材料尤为重要。目前，正渗透膜尚处于研发阶段，目前全球只有美国Hydration Technology Innovations（HTI）公司能够商业化生产醋酸纤维素正渗透平板膜，但是这种商业化生产醋酸纤维素正渗透平板膜存在纯水渗透通量低、盐渗透通量高和机械强度差的问题。
发明内容
本发明要解决现有方法制备的正渗透膜存在纯水渗透通量低、盐渗透通量高和机械强度差的问题，而提供一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法。
一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置得到质量分数为18%～25%的聚合物溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%～25%的聚合物溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入还原剂，反应2h～4h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:(1～100)；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为0.5%～20%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡10min～100min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中，浸泡10min～1440min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
本发明优点：一、本发明利用氧化石墨烯还原制备石墨烯，首先利用超声方法将氧化石墨烯分散到乙醇中，剥离成为单层分子，然后进行还原生成单层分子的石墨烯，当浸入超滤基膜时，石墨烯引入到超滤基膜中，大幅度增加超滤基膜的机械性能超滤基膜，经拉伸强度测试，超滤基膜的拉伸强度从4MPa～8MPa提升至12MPa～18MPa；二、本发明加入吡咯，吡咯与氧化石墨具有π-π堆积作用，形成复合材料，且吡咯溶液在强氧化剂作用下可发生聚合，从而形成具有分离作用的表层，该反应简单、稳定，不必要对基膜进行预处理，无需加入催化剂，无需加压、封闭等条件，并且通过控制反应时间（浸泡时间）和吡咯的浓度（吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中吡咯的质量分数）达到控制选择层厚度（选择层厚度为小于100nm）的目的，进而控制纯水渗透通量与盐的渗透通量；三、本发明制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜以石墨烯/聚吡咯作为选择层，机械强度高（拉伸强度达12MPa～18MPa）、纯水渗透通量大和盐类渗透通量小，适用于海水脱盐等正渗透分离领域。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置得到质量分数为18%～25%的聚合物溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%～25%的聚合物溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入还原剂，反应2h～4h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:(1～100)；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为0.5%～20%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡10min～100min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中，浸泡10min～1440min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
石墨烯是一种具有二维结构的分子，原料为石墨，来源广泛，成本低廉。来讲，石墨烯由石墨氧化，剥离再还原制得。因此，石墨烯往往具有一定含量的官能团可以和许多极性聚合物相容形成纳米复合材料。本实施方式利用氧化石墨烯还原制备石墨烯，首先利用超声方法将氧化石墨烯分散到乙醇中，剥离成为单层分子，然后进行还原生成单层分子的石墨烯，当浸入超滤基膜时，石墨烯引入到超滤基膜中，大幅度增加超滤基膜的机械性能超滤基膜，经拉伸强度测试，超滤基膜的拉伸强度从4MPa～8MPa提升至12MPa～18MPa。
吡咯是一种含有共轭基团杂环类的物质，与石墨烯具有π-π堆积作用，其聚合物聚吡咯常常用于与石墨烯形成复合材料，该种复合材料常常应用于电池隔膜等具有一定荷电行为的功能膜领域中。本实施方式加入吡咯，吡咯与氧化石墨具有π-π堆积作用，形成复合材料，且吡咯溶液在强氧化剂作用下可发生聚合，从而形成具有分离作用的表层，该反应简单、稳定，不必要对基膜进行预处理，无需加入催化剂，无需加压、封闭等条件，并且通过控制反应时间（浸泡时间）和吡咯的浓度（吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中吡咯的质量分数）达到控制选择层厚度（选择层厚度为小于100nm）的目的，进而控制纯水渗透通量与盐的渗透通量。
本实施方式制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜以石墨烯/聚吡咯作为选择层，机械强度高（拉伸强度达12MPa～18MPa）、纯水渗透通量大和盐类渗透通量小，适用于海水脱盐等正渗透分离领域。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的聚合物为聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈或聚四氟乙烯。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.1%～0.3%的氧化石墨烯/乙醇分散液。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的还原剂为水合肼或硼氢化钠。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的体积比为1:(5～10)。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为1%～15%。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中强氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁或过氧化氢，浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中溶剂为水。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中所述的强氧化剂溶液的浓度为0.5mol·L-1～2mol·L-1。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中浸泡30min～80min。其他与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤五中浸泡30min～1000min。其他与具体实施方式一至十相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚丙烯腈溶于二甲基乙酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚丙烯腈溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚丙烯腈溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入水合肼，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:50；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为5%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.5mol·L-1的过硫酸铵水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡30min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.5mol·L-1的过硫酸铵水溶液中，浸泡180min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达18.20L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.12g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达8.97L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.09g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为14MPa。
拥有大的纯水渗透通量同时兼具低的盐渗透通量为理想的正渗透膜的指标。将实例中制得的中空纤维式复合正渗透膜经过如下的测试；测试试验中，驱动液采用1.0mol/L氯化钠溶液，进料液为纯水。PRO（压力延缓渗透）模式为盐水通过选择层一侧；FO（正渗透）模式为盐水通过正渗透膜支撑层一侧。纯水渗透通量与盐渗透通量分别定义为：
试验二：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚砜溶于二甲基乙酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚砜溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚砜溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入水合肼，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:100；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为5%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.5mol·L-1的过硫酸铵水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡10min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.5mol·L-1的过硫酸铵水溶液中，浸泡10min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达13.89L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.32g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达5.79L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.24g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为15.6MPa。
试验三：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚醚砜溶于二甲基亚砜中，配置得到质量分数为18%的聚醚砜溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚醚砜溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入水合肼，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:20；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为10%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为2.0mol·L-1的三氯化铁水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡80min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为2.0mol·L-1的三氯化铁水溶液中，浸泡1440min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达17.06L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.19g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达8.16L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.15g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为12.5MPa。
试验四：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚醚酰亚胺溶于二甲基乙酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚醚酰亚胺溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚醚酰亚胺溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入硼氢化钠，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:50；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为20%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.1mol·L-1的三氯化铁水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡100min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.1mol·L-1的三氯化铁水溶液中，浸泡180min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达15.02L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.37g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达7.78L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.23g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为13.8MPa。
试验五：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚丙烯腈溶于二甲基乙酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚丙烯腈溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚丙烯腈溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入硼氢化钠，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:5；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为5%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为1.0mol·L-1的三氯化铁水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡60min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为1.0mol·L-1的三氯化铁水溶液中，浸泡180min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达13.20L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.43g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达5.19L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.29g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为12.8MPa。
试验六：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚醚砜溶于二甲基甲酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚醚砜溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚醚砜溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入水合肼，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.1%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:50；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为5%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为1.0mol·L-1的过氧化氢水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡30min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为1.0mol·L-1的过氧化氢水溶液中，浸泡100min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达13.69L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.38g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达5.78L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.25g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为15.3MPa。
试验七：一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚醚酰亚胺溶于二甲基乙酰胺中，配置得到质量分数为18%的聚醚酰亚胺溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚醚酰亚胺溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.4%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入硼氢化钠，反应3h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.4%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:50；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为5%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为1.5mol·L-1的过氧化氢水溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡60min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为1.5mol·L-1的过氧化氢水溶液中，浸泡150min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
在PRO模式检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量可达14.42L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.32g·m-2·h-1；在FO模式下检测本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的纯水渗透通量达6.23L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.20g·m-2·h-1。
通过对本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度的测试，可知本试验制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜拉伸强度为17.2MPa。
在PRO模式检测商用醋酸纤维素正渗透平板膜，PRO模式下其纯水通量为8.9L·m-2·h-1，盐渗透通量为0.98g·m-2·h-1，其纯水渗透通量为3.20L·m-2·h-1，盐的渗透通量为1.53g·m-2·h-1。
通过对商用醋酸纤维素正渗透平板膜拉伸强度的测试，可知商用醋酸纤维素正渗透平板膜为拉伸强度5.8MPa。
Claims (10)
1.一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法是按以下步骤进行的：
一、制备超滤基膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置得到质量分数为18%～25%的聚合物溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%～25%的聚合物溶液制成超滤基膜；
二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入还原剂，反应2h～4h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:(1～100)；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为0.5%～20%；
三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液；
四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡10min～100min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；
五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中，浸泡10min～1440min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚合物为聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈或聚四氟乙烯；步骤一中所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤二中首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.1%～0.3%的氧化石墨烯/乙醇分散液。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的还原剂为水合肼或硼氢化钠。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的体积比为1:(5～10)。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为1%～15%。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中强氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁或过氧化氢，浓度为0.05mol·L-1～2mol·L-1的强氧化剂溶液中溶剂为水。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的强氧化剂溶液的浓度为0.5mol·L-1～2mol·L-1。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤四中浸泡30min～80min。
10.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于步骤五中浸泡30min～1000min。
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