CN105268333A - 一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法，①准确称量一定质量的氧化石墨烯，将其分散在N,N-甲基乙酰胺溶液中，超声处理至少10小时，获取充分剥离的散液；②将聚偏氟乙烯粉末于70℃下搅拌溶解在N,N-甲基乙酰胺溶液中，将氧化石墨烯分散液与聚偏氟乙烯铸膜液混合，搅拌24小时，并超声2小时；③将铸膜液置于真空环境中充分脱气，使用刮膜器准确的在一定尺寸的玻璃板上平铺200μm厚的铸膜液，在空气中停留20秒，将玻璃板浸入凝固浴中，其中凝固浴为20℃的去离子水，完成相转化过程；④对所制备的复合膜进行清洗，以去除残留的溶剂。本发明对聚偏氟乙烯膜材料进行改性，以提高膜的应用性能。
Description
技术领域
本发明属于超滤膜制备技术领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法。
背景技术
超滤是一种重要的膜分离技术，已广泛应用到诸如饮用水制备，食品工业，制药工业，生物技术，化学过程以及环境工程等众多领域。超滤膜分离技术中，核心是超滤膜的制备。超滤膜一般由有机高分子材料制得，常用的有纤维素及纤维素的衍生物、聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰胺（PA）和聚丙烯腈（PAN）。其中聚偏氟乙烯（PVDF）是制备超滤分离膜的典型高分子材料，具有耐热耐辐射性能，其耐化学腐蚀性十分优异，且机械性能也很高。
但是现在工业化应用的聚偏氟乙烯膜（PVDF），存在亲水性差、抗氧化性差、耐污染性差、使用周期短、更换费用高等问题，所以需对其进行改性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法。本发明具有良好的亲水性及表面活性，同时还具有耐污染和抑菌性能，针对氧化石墨烯的优异性能，对聚偏氟乙烯膜材料进行改性，以提高膜的应用性能。
本发明采用的技术方案：一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法：
前期准备
⑴备用以下材料：采用通过Hummers氧化法制备的氧化石墨烯作为亲水添加剂，聚偏氟乙烯作为膜基体，N,N-甲基乙酰胺作为溶剂，去离子水为凝固浴；
⑵将步骤（1）中材料于80℃真空烘箱干燥至少12小时，以脱除材料吸附的水分；
制作过程
①准确称量一定质量的氧化石墨烯，将其分散在N,N-甲基乙酰胺溶液中，超声处理至少10小时，获取充分剥离的散液；
②将聚偏氟乙烯粉末于70℃下搅拌溶解在N,N-甲基乙酰胺溶液中，将氧化石墨烯分散液与聚偏氟乙烯铸膜液混合，搅拌24小时，并超声2小时，以获取均匀的铸膜液；
③将铸膜液置于真空环境中充分脱气，使用刮膜器准确的在一定尺寸的玻璃板上平铺200μm厚的铸膜液，在空气中停留20秒，将玻璃板浸入凝固浴中，其中凝固浴为20℃的去离子水，完成相转化过程；
④对所制备的复合膜进行清洗，以去除残留的溶剂。
本发明与现有技术相比其有益效果是：
⑴本发明所制备的复合超滤膜，其突破了常规膜材料的缺点，经检测，氧化石墨烯与水的接触角仅为23.7°，具有极强的亲水性，当氧化石墨烯与聚偏氟乙烯形成复合超滤膜时，其接触角为58.1°，相较于聚偏氟乙烯膜的73.6°有较大改善；
⑵本发明所制备的复合超滤膜，具有优异的通量恢复性能及耐污染性能；复合膜由于添加氧化石墨烯而形成发达的指状孔结构，这种结构阻力较低，有利于膜渗透率的提高；相比于聚偏氟乙烯膜，复合膜的不可逆污染造成的膜阻力减少了86.25%，说明，复合膜表面亲水性的提高，表面光滑，使得污染物质不易沉积，抗污染性得到提高；
⑶本发明所制备的复合超滤膜，纯水通量为26.72Lm-2h-1，相比于聚偏氟乙烯膜提高了1.8倍（14.8Lm-2h-1），且在水处理过程中，膜通量的衰减速度缓慢，是普通聚偏氟乙烯的1/4左右；与纯水通量相类似，复合膜的过滤通量提高了95.73%；并且，由于氧化石墨烯的添加使得膜结构的改变，复合膜表面不仅亲水性高，且膜孔数量增加，孔径变小，膜的截留率也有所提高。
附图说明
图1为聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的结构示意图。
具体实施方式
一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法：前期准备：⑴备用以下材料：采用通过Hummers氧化法制备的氧化石墨烯作为亲水添加剂，聚偏氟乙烯作为膜基体，N,N-甲基乙酰胺作为溶剂，去离子水为凝固浴；⑵将步骤（1）中材料于80℃真空烘箱干燥至少12小时，以脱除材料吸附的水分；
制作过程：①准确称量一定质量的氧化石墨烯，将其分散在N,N-甲基乙酰胺溶液中，超声处理至少10小时，获取充分剥离的散液；
②将聚偏氟乙烯粉末于70℃下搅拌溶解在N,N-甲基乙酰胺溶液中，将氧化石墨烯分散液与聚偏氟乙烯铸膜液混合，搅拌24小时，并超声2小时，以获取均匀的铸膜液；
③将铸膜液置于真空环境中充分脱气，使用刮膜器准确的在一定尺寸的玻璃板上平铺200μm厚的铸膜液，在空气中停留20秒，将玻璃板浸入凝固浴中，其中凝固浴为20℃的去离子水，完成相转化过程；
④对所制备的复合膜进行清洗，以去除残留的溶剂。
纯的PVDF膜孔以海绵状为主，由许多独立的、彼此封闭的蜂窝孔组成，一般情况下，这种膜孔结构的过滤阻力较大。但是，在添加了氧化石墨烯之后，膜孔的结构发生了变化，其原本封闭的海绵状孔开始扩大甚至相互连通，指状孔开始变大、变粗，甚至延伸到膜的底部，此结构在进一步提高膜通量的同时，截留率也有所上升。
Claims (1)
1.一种聚偏氟乙烯/氧化石墨烯复合超滤膜的制备方法，其特征在于：
前期准备
⑴备用以下材料：采用通过Hummers氧化法制备的氧化石墨烯作为亲水添加剂，聚偏氟乙烯作为膜基体，N,N-甲基乙酰胺作为溶剂，去离子水为凝固浴；
⑵将步骤（1）中材料于80℃真空烘箱干燥至少12小时，以脱除材料吸附的水分；
制作过程
①准确称量一定质量的氧化石墨烯，将其分散在N,N-甲基乙酰胺溶液中，超声处理至少10小时，获取充分剥离的散液；
②将聚偏氟乙烯粉末于70℃下搅拌溶解在N,N-甲基乙酰胺溶液中，将氧化石墨烯分散液与聚偏氟乙烯铸膜液混合，搅拌24小时，并超声2小时，以获取均匀的铸膜液；
③将铸膜液置于真空环境中充分脱气，使用刮膜器准确的在一定尺寸的玻璃板上平铺200μm厚的铸膜液，在空气中停留20秒，将玻璃板浸入凝固浴中，其中凝固浴为20℃的去离子水，完成相转化过程；
④对所制备的复合膜进行清洗，以去除残留的溶剂。
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