CN104828817A - 一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜及其制备方法，属于新材料技术领域。我们以高纯鳞片石墨为原材料，通过改进的Hummers法，得到片层性好、氧化程度高的氧化石墨烯；以不锈钢网为骨架材料，通过稀盐酸腐蚀处理，得到表面具有大量缺陷的不锈钢网。将表面具有大量缺陷的不锈钢网浸泡到氧化石墨烯水溶液中，使氧化石墨烯覆盖到不锈钢网网丝表面，得到一种氧化石墨烯网膜。因为该氧化石墨烯网膜不仅具有不锈钢网高力学强度和高孔隙率的特点，而且具有氧化石墨烯优异的亲水性能，所以其表现高效的油水分离能力。并且该氧化石墨烯网膜的制备方法简单易行、安全环保并可用于大批量生产，具有很好的应用价值和市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种油水分离材料及其制备方法，具体涉及一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜及其制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
含油污水来源广泛，如石油化工、医药、交通运输、机械加工、纺织、食品等。每年世界上约有500～1000万吨油类通过各种途径流入海洋。含油污水含油量大，化学耗氧量高，对环境污染严重。因此，对含油污水进行有效分离，对环境治理、油类回收及水循环利用意义重大。石墨烯类材料因具有高的比表面积及特殊的润湿性能，可对含油污水进行简单、高效的分离，进而解决含油污水对环境污染严重的问题。
当前，通过一定的方法可以制备出对含油污水具有分离能力的石墨烯类分离材料。俞书宏等人用海绵为骨架材料，在其表面涂覆氧化石墨烯，利用还原剂对氧化石墨烯进行还原，得到石墨烯，从而成功制备出亲油疏水的石墨烯海绵材料，这种材料利用石墨烯的高比表面积，对油和水表现明显的润湿性差异，可以有效吸附含油污水中的污油(公开号CN 103626171 A)。涂伟萍等人采用氧化石墨烯为无机交联剂材料，交联改性亲水高聚物，成功制备了在空气中超亲水在水下超疏油的油水分离膜材料，这种膜材不仅可以有效的分离油水混合物，而且水通量较高，力学强度大(公开号CN 103623709 A)。虽然上述石墨烯类油水分离材料对油水混合物有分离效果，但是分离效率较差，使用寿命短，而且制备过程较复杂、使用过程中易被污染，因此，我们亟需找到一种制备方法简单，分离效果好，力学强度高，不易受污染的氧化石墨烯油水分离网膜的方法。
我们以高纯鳞片石墨为原材料，通过改进的Hummers法，得到片层性好、氧化程度高的氧化石墨烯；以不锈钢网为骨架材料，通过稀盐酸腐蚀处理，得到表面具有大量缺陷的不锈钢网。将表面具有大量缺陷的不锈钢网浸泡到氧化石墨烯水溶液中，使氧化石墨烯覆盖到不锈钢网网丝表面，得到一种氧化石墨烯网膜。因为该氧化石墨烯网膜不仅具有不锈钢网高力学强度和高孔隙率的特点，而且具有氧化石墨烯优异的亲水性能，所以其表现高效的油水分离能力。并且该氧化石墨烯网膜的制备方法简单易行、安全环保并可用于大批量生产，具有很好的应用价值和市场前景。
发明内容
本发明目的是制备一种高效油水分离能力的氧化石墨烯分离网膜。
下面以300目高纯鳞片石墨和300目不锈钢钢网为例说明本发明的实现过程。我们以高纯鳞片石墨为原材料，通过改进的Hummers法，得到片层性好、氧化程度高的氧化石墨烯；以不锈钢网为骨架材料，通过稀盐酸腐蚀处理，得到表面具有大量缺陷的不锈钢网。将表面具有大量缺陷的不锈钢网浸泡到氧化石墨烯水溶液中，使氧化石墨烯覆盖到不锈钢网网丝表面，得到一种氧化石墨烯网膜。因为该氧化石墨烯网膜不仅具有不锈钢网高力学强度和高孔隙率的特点，而且具有氧化石墨烯优异的亲水性能，所以其拥有高效的油水分离能力。并且该氧化石墨烯网膜的制备方法简单易行、安全环保并可用于大批量生产，其通过以下具体步骤实现：
(1)将浓硫酸、过硫酸钾、五氧化二磷和高纯鳞片石墨在80℃条件下磁力搅拌，反应5小时，冷却至室温。
(2)使用聚四氟乙烯滤膜对步骤(1)得到的混合液进行抽滤水洗，直至滤出液PH为中性，此时滤膜上的黑色粉末为预氧化石墨。
(3)将预氧化石墨和浓硫酸混合液在0℃条件下磁力搅拌，反应15分钟；随后向该混合液中加入高锰酸钾，35℃条件下，反应2小时；再向该混合液中加入水和过氧化氢，得到金黄色的均匀悬浊液。
(4)将步骤(3)得到的均匀悬浊液离心清洗，60℃干燥，得到氧化石墨。
(5)将氧化石墨超声分散到水中，得到氧化石墨烯水溶液。
(6)配置浓度为15％的稀盐酸溶液，向其中加入少量过氧化氢，将300目不锈钢网浸泡到混合溶液中，静置15分钟后取出，用去离子水清洗至中性，80℃干燥1小时。
(7)将步骤(6)得到的不锈钢网浸泡到步骤(5)得到的氧化石墨烯水溶液中，静置5分钟后将不锈钢网取出，将其垂直放置在干燥箱中，60℃干燥6小时。
本发明所提供的制备高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜的方法，简单易行、安全环保并可用于大批量生产，具有很好的应用价值和市场前景。
附图说明：
附图1为依据本发明所提供的氧化石墨X射线衍射图片。
附图2为依据本发明所提供的氧化石墨烯透射电子显微镜图片。
附图3为依据本发明所提供的300目不锈钢网经盐酸腐蚀后的扫描电子显微镜图片。
附图4为依据本发明所提供的300目不锈钢网涂覆氧化石墨烯的扫描电子显微镜图片
附图5(a)为依据本发明所提供的本征300目不锈钢网水接触角图片。(b)为该材料的经盐酸处理后的水接触角图片。(c)为该材料经氧化石墨烯涂覆后的水接触图片。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例来详细描述本发明。
实施例1
将10毫升浓硫酸、1克过硫酸钾、1克五氧化二磷和1克的300目高纯鳞片石墨在80℃条件下磁力搅拌混合，反应5小时，冷却至室温。使用聚四氟乙烯滤膜对该混合液进行抽滤水洗，直至滤出液PH为6-7停止抽滤，滤膜上的黑色粉末为预氧化石墨。将预氧化石墨和浓硫酸混合液在0℃条件下磁力搅拌，反应15分钟；随后向该混合液中加入高锰酸钾，35℃条件下，反应2小时；再向该混合液中加入水和过氧化氢，得到金黄色的均匀悬浊液。将该均匀悬浊液离心清洗，60℃干燥，得到氧化石墨。图1给出了氧化石墨X射线衍射图谱。将氧化石墨超声分散到水中，得到氧化石墨烯水溶液，图2给出了氧化石墨烯的透射电子显微镜图片，由图可知，制备的氧化石墨烯片层厚度为5～7纳米。
配置浓度为15％的稀盐酸溶液30毫升，向其中加入120微升的过氧化氢，将4厘米*4厘米的300目不锈钢网浸泡到混合溶液中，静置15分钟后取出，用去离子水清洗至中性，80℃干燥1小时。图3给出了300目不锈钢网稀盐酸腐蚀后的扫描电子显微镜图片，可以发现盐酸腐蚀在不锈钢网表面产生了明显的缺陷。将得到的处理后不锈钢网浸泡到氧化石墨烯水溶液中，静置5分钟后将不锈钢网取出，将其垂直放置在干燥箱中，60℃干燥6小时。图4给出了300目不锈钢网涂覆氧化石墨烯后的扫描电子显微镜图片，从图中可以发现氧化石墨烯与不锈钢网钢丝产生了紧密结合。
图5给出了不锈钢网处理前后表面水接触角变化图片，图5(a)表明未经处理的300目不锈钢钢网在空气中疏水，接触角为107°，由图5(b)表明这种不锈钢网经过盐酸腐蚀处理后，接触角变为53.5°，由图5(c)表明处理后的不锈钢网涂覆石墨烯后，水的接触角变为6°。因此氧化石墨烯网膜不仅具有不锈钢网的高力学强度和高孔隙率的特点，而且拥有氧化石墨烯优异的亲水性，所以其具有高效的油水分离能力。
Claims (1)
1.一种高效油水分离能力的氧化石墨烯分离网膜，具体通过以下方法获得：
(1)将浓硫酸、过硫酸钾、五氧化二磷和高纯鳞片石墨在80℃条件下磁力搅拌，反应5小时，冷却至室温；
(2)使用聚四氟乙烯滤膜对步骤(1)得到的混合液进行抽滤水洗，直至滤出液PH为中性，此时滤膜上的黑色粉末为预氧化石墨；
(3)将预氧化石墨和浓硫酸混合液在0℃条件下磁力搅拌，反应15分钟；随后向该混合液中加入高锰酸钾，35℃条件下，反应2小时；再向该混合液中加入水和过氧化氢，得到金黄色的均匀悬浊液；
(4)将步骤(3)得到的均匀悬浊液离心清洗，60℃干燥，得到氧化石墨；
(5)将氧化石墨超声分散到水中，得到氧化石墨烯水溶液；
(6)配置浓度为15％的稀盐酸溶液，向其中加入少量过氧化氢，将300目不锈钢网浸泡到混合溶液中，静置15分钟后取出，用去离子水清洗至中性，80℃干燥1小时；
(7)将步骤(6)得到的不锈钢网浸泡到步骤(5)得到的氧化石墨烯水溶液中，静置5分钟后将不锈钢网取出，将其垂直放置在干燥箱中，60℃干燥6小时。
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