CN107617342B - 一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活性炭及其制备技术领域，特别是涉及一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法，所述用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，其特征在于，所述薄膜由以下重量份的物质制成：石墨烯3~12重量份、镁盐10~30重量份、铝盐5~45重量份、表面活性剂2~8重量份、硅烷偶联剂3~6重量份、成膜助剂1~5重量份、碱源2~8重量份、有机溶剂40~80重量份、水100~200重量份。本发明提出的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法，它可以直接进行海水淡化，而且该陶瓷膜对盐离子具有排斥性，有效防止其堆积阻碍水分子通过，过滤效率高，使用寿命长，克服目前过滤膜过滤不彻底，过滤效率低的缺陷。

Description

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及活性炭及其制备技术领域，特别是涉及一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法。

背景技术

水资源是人类赖以生存的物质基础，但随着全世界人口增长和工业化的不断发展，人类所面临的水资源危机越来越严重，特别是我国人口众多，水资源分布不均，缺水日益严重。地球上的淡水资源危机日益严重，而海水淡化是解决水资源危机的重要途径之一。其中反渗透海水淡化方法是指利用反渗透膜的分离作用使海水脱盐，过程中不存 在相变，因此与传统的蒸馏法相比，能耗较低，有着很大的发展前途。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、离子交换法。其中海水通过反渗透膜分离装置而脱盐的膜法海水淡化系统发展逐渐成熟。但由于系统复杂，需要高压泵加压，压送到反渗透膜分离装置，反渗透膜分离装置内的高压海水的一部分克服反渗透压力而通过反渗透膜，作为去除了盐成分的淡水而取出。反渗透法(RO)海水淡化研究的根本是如何降低成本费用，而解决的关键在于膜材料问题。目前应用于海水淡化领域的反渗透膜主要有醋酸纤维素系列膜(CA)和聚酰胺系列膜(PS)。但由于海水的特殊环境，要求分离膜具有较好的抗腐蚀性和抗压性能，所以有机材料先天的弱点严重限制了反渗透海水淡化方法的大规模实用化和产业化。

为此，陶瓷分离膜逐渐受到人们的重视，把它应用于海水淡化领域将是今后研究的重点。如何把低成本、多功能、性能稳定的陶瓷膜应用于海水淡化的超滤、反渗透以及浓盐水综合利用 等技术环节中，以克服有机膜的缺陷，从而达到降低成本和大规模工业应用的目的是全球所面临的高技术课题，具有及其重大的社会和经济意义。目前，处理海水较流行的方法就是采用陶瓷膜进行过滤处理，陶瓷膜因其强度高、且耐化学腐蚀，清洗再生性能好，兼备有高效过滤与精密过滤的双重优点，在海水淡化中有着极为重要的应用。但是陶瓷膜也有其自身难以克服的缺点：陶瓷膜空隙较大，不能有效过滤离子、细菌类污染物。石墨烯作为碳材料的新一员，自从2004年被成功制备出来之后就因其表现出来的各种优异的特性而引起了科研人员的极大关注。石墨烯作为碳材料中比表面积最高的一员，其比表面积约为2630m2/g，加上其卓越的化学稳定性和超高的机械强度使其在吸附过滤领域方面有着极大的潜力。因此，研究如何将石墨烯与陶瓷薄膜结合起来应用于水处理领域，来提高陶瓷薄膜处理污水的效果是十分重要的课题。

为解决上述技术问题，中国专利文献CN 102908908公开了一种采用氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜的方法，将陶瓷微滤膜真空浸渍在氧化石墨烯溶液中，烘干即得到氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜，该发明通过物理吸附作用将氧化石墨烯吸附在陶瓷滤膜上，利用氧化石墨烯的性能来提高陶瓷微滤膜的分离效率，延长陶瓷滤膜的使用寿命。但是，上述专利文献公开的氧化石墨烯修饰改性陶瓷微滤膜制备过程中，氧化石墨烯仅靠浸渍方式吸附在陶瓷滤膜的内外表面上，不能够很好地填充在陶瓷滤膜的微孔内。若将此氧化石墨烯修饰的陶瓷滤膜使用在错流法过滤时，液体或气体会对陶瓷滤膜不断施加一定的剪切冲击力，陶瓷滤膜与其上的氧化石墨烯仅靠分子之间的作用力进行结合，不可避免地容易脱落；同时，氧化石墨烯在水溶液介质中很容易溶解，导致陶瓷复合膜的过滤效率急剧下降。

发明内容

针对现有技术存在的过滤淡化海水对膜材料要求高，海水淡化效率低、很难实现海水的产业化淡化的不足，本发明提出一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜及其制备方法，它可以直接进行海水淡化，而且该陶瓷膜对盐离子具有排斥性，有效防止其堆积阻碍水分子通过，过滤效率高，使用寿命长，克服目前过滤膜过滤不彻底，过滤效率低的缺陷。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：石墨烯3~12重量份、镁盐10~30重量份、铝盐5~45重量份、表面活性剂2~8重量份、硅烷偶联剂3~6重量份、成膜助剂1~5重量份、碱源2~8重量份、有机溶剂40~80重量份、水100~200重量份。

本发明中，首先利用水热法，在多孔陶瓷基材上制备石墨烯包覆份双金属氢氧化物，再利用硅烷偶联剂、成膜剂等加工助剂的作用，将石墨烯、双金属氢氧化物和多孔陶瓷基材之间以化学键的形式连接。将石墨烯以及双金属氢氧化物固定在多孔陶瓷基材的表面，提高多孔陶瓷基材与石墨烯以及双金属氢氧化物的结合力，避免在后期使用中，发生薄膜脱落的现象，通过对陶瓷基膜进行煅烧，将有机物碳化，此外还使双金属氢氧化物煅烧成双金属氧化物，在多孔陶瓷基材表面形成规则的纳米级晶格孔，这种规则的纳米级晶格孔对离子具有排斥性，不能使离子透过，但能够使水分子通过，从而实现对海水的选择性透过，具有过滤效率高，过滤彻底的特点。

根据本发明，为了进一步优化陶瓷膜的选择性过滤性能，优选条件下，所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜中，所述薄膜由以下重量份的物质制成：石墨烯5~10重量份、镁盐15~25重量份、铝盐20~40重量份、表面活性剂3~7重量份、硅烷偶联剂3~6重量份、成膜助剂1~5重量份、碱源2~8重量份、有机溶剂50~75重量份、水120~150重量份。

根据本发明，为了提高石墨烯与陶瓷基膜之间的结合力，优选条件下，所述石墨烯为还原氧化石墨烯，所述还原氧化石墨烯的制备方法为:称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mgEDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯。

根据本发明，优选条件下，所述镁盐选自硫酸镁、硝酸镁、氯化镁、氟化镁中的至少一种；

所述铝盐选自硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、偏铝酸钠中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，表面活性剂能够降低材料的表面自由能，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。进一步优选的，所述非离子表面活性剂为酯型表面活性剂、醚型表面活性剂、胺型表面活性剂、酰胺型表面活性剂及酯醚型表面活性剂中的至少一种。具体如下：酯型表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯脂肪酸酯等中的至少一种。醚型表面活性剂可以为聚氧乙烯烷基醇醚和聚氧乙烯烷基苯酚醚等中的至少一种。胺表面活性剂可以为聚氧乙烯脂肪胺等。酰胺表面活性剂可以为如聚氧乙烯酰胺等。酯醚表面活性剂可以为山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯醚型(吐温型)等。优选山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚，更加优选聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚。其中所述的脂肪酸酯、脂肪胺中的脂肪是指C2-C4的直链烃。烷基醇醚、烷基苯酚醚中的烷基为C2-C4的直链烃。

根据本发明，优选条件下，所述硅烷偶联剂选自正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正癸基三氯硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三氯硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三氯硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟癸基三氯硅烷、全氟十二烷基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三乙氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，本发明中，碱源主要起到调节溶液pH的作用，本发明对其没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所公知，例如，所述碱源为无机碱和/或有机碱，具体可以为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，进一步优选的，所述碱源为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，所述有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、丙酮、三氯甲烷、甲苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃和二甲基亚砜中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，所述成膜助剂选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、十二碳醇酯、乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙酸中的至少一种。

本发明还提供一种根据所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）石墨烯的制备；

（2）将石墨烯、表面活性剂、镁盐、铝盐和碱源在水中混合均匀，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将硅烷偶联剂、成膜助剂在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

本发明中，首先利用水热法，在多孔陶瓷基材上制备石墨烯包覆份双金属氢氧化物，再利用硅烷偶联剂、成膜剂等加工助剂的作用，将石墨烯、双金属氢氧化物和多孔陶瓷基材之间以化学键的形式连接。将石墨烯以及双金属氢氧化物固定在多孔陶瓷基材的表面，提高多孔陶瓷基材与石墨烯以及双金属氢氧化物的结合力，避免在后期使用中，发生薄膜脱落的现象，通过对陶瓷基膜进行煅烧，将有机物碳化，此外还使双金属氢氧化物煅烧成双金属氧化物，在多孔陶瓷基材表面形成规则的纳米级晶格孔，这种规则的纳米级晶格孔对离子具有排斥性，不能使离子透过，但能够使水分子通过，从而实现对海水的选择性透过，具有过滤效率高，过滤彻底的特点。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯8重量份、硫酸镁20重量份、硝酸铝30重量份、山梨糖醇酐脂肪酸酯5重量份、正癸基三甲氧基硅烷5重量份、丙二醇丁醚3重量份、N,N-二甲基甲酰胺60重量份、水125重量份。

所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、硫酸镁、硝酸铝在水中混合均匀，加入氢氧化锂调节pH至8，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将正癸基三甲氧基硅烷、丙二醇丁醚在N,N-二甲基甲酰胺中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

实施例2

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯10重量份、氯化镁15重量份、氯化铝40重量份、聚氧乙烯脂肪酸酯7重量份、正癸基三甲氧基硅烷3重量份、乙二醇丁醚醋酸酯5重量份、N,N-二甲基甲酰胺75重量份、水120重量份。

所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、聚氧乙烯脂肪酸酯、氯化镁、氯化铝在水中混合均匀，加入氢氧化钠调节pH至8.2，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将正癸基三甲氧基硅烷、乙二醇丁醚醋酸酯在N,N-二甲基甲酰胺中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

实施例3

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯5重量份、氯化镁25重量份、硫酸铝20重量份、聚氧乙烯脂肪胺3重量份、正癸基三氯硅烷6重量份、丙二醇丁醚1重量份、N-甲基吡咯烷酮50重量份、水150重量份。

所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、聚氧乙烯脂肪胺、氯化镁、硫酸铝在水中混合均匀，加入氢氧化锂调节pH至7.6，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将正癸基三氯硅烷、丙二醇丁醚在N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

实施例4

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯12重量份、硫酸镁10重量份、硫酸铝45重量份、山梨糖醇酐脂肪酸酯8重量份、正癸基三氯硅烷6重量份、乙二醇丁醚醋酸酯1重量份、N-甲基吡咯烷酮80重量份、水100重量份。

所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、硫酸镁、硫酸铝在水中混合均匀，加入四甲基氢氧化铵调节pH至9，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将正癸基三氯硅烷、乙二醇丁醚醋酸酯在N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

实施例5

一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯3重量份、氟化镁30重量份、偏铝酸钠5重量份、聚氧乙烯脂肪胺2重量份、十三氟辛基三乙氧基硅烷3重量份、丙二醇丁醚5重量份、二甲基亚砜40重量份、水200重量份。

所述的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、聚氧乙烯脂肪胺、氟化镁、偏铝酸钠在水中混合均匀，加入氢氧化锂调节pH至8.5，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将十三氟辛基三乙氧基硅烷、丙二醇丁醚在二甲基亚砜中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

对比例1

一种用于海水淡化的陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：氟化镁30重量份、偏铝酸钠5重量份、聚氧乙烯脂肪胺2重量份、十三氟辛基三乙氧基硅烷3重量份、丙二醇丁醚5重量份、二甲基亚砜40重量份、水200重量份。

包括以下步骤：

（1）将聚氧乙烯脂肪胺、氟化镁、偏铝酸钠在水中混合均匀，加入氢氧化锂调节pH至8.5，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将十三氟辛基三乙氧基硅烷、丙二醇丁醚在二甲基亚砜中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

对比例2

一种用于海水淡化的陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，所述薄膜由以下重量份的物质制成：还原氧化石墨烯3重量份、聚氧乙烯脂肪胺2重量份、十三氟辛基三乙氧基硅烷3重量份、丙二醇丁醚5重量份、二甲基亚砜40重量份、水200重量份。

包括以下步骤：

（1）还原氧化石墨烯的制备：称取氧化石墨烯200mg加入到100ml去离子水中，超声剥离0.5h后形成氧化石墨烯混合液；向氧化石墨烯混合液中600mg EDDS，超声混合均匀后，置于微波反应器中于95℃下磁力搅拌进行还原反应4h，反应结束后，将产物于7000rpm条件下离心10min，再用去离子水洗涤过滤，最后于-110℃条件下真空冷冻干燥3天，即得到黑色粉末状的还原氧化石墨烯；

（2）将还原氧化石墨烯、聚氧乙烯脂肪胺在水中混合均匀，加入氢氧化锂调节pH至8.5，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将十三氟辛基三乙氧基硅烷、丙二醇丁醚在二甲基亚砜中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的陶瓷膜。

本发明的用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的海水淡化性能检测方法为：将预先加热的海水由磁力循环泵从原料槽向渗透池的原料腔输送，渗透腔用机械泵抽真空。恒温水槽控制原料液和渗透池的温度，液氮冷阱用来收集渗透液。间隔一定的时间取样、称重、分析组成。原料液和渗透液的电导率通过电导率仪测定。氧化石墨烯膜的海水淡化性能由水透量J和脱盐率R评价。如表1:

表1：

测定结果表明，实施例1-5的用用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜的脱盐率均大于95％，并且其透水量低，符合工业应用要求。

Claims (8)

1.一种用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，包括多孔陶瓷基材和覆盖在多孔陶瓷基材上的薄膜，其特征在于，所述薄膜由以下重量份的物质制成：石墨烯3~12重量份、镁盐10~30重量份、铝盐5~45重量份、表面活性剂2~8重量份、硅烷偶联剂3~6重量份、成膜助剂1~5重量份、碱源2~8重量份、有机溶剂40~80重量份、水100~200重量份；

所述双金属氢氧化物陶瓷膜是由以下方法制备得到的：

（1）石墨烯的制备；

（2）将石墨烯、表面活性剂、镁盐、铝盐和碱源在水中混合均匀，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将硅烷偶联剂、成膜助剂 在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。

2.根据权利要求1所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述薄膜由以下重量份的物质制成：石墨烯5~10重量份、镁盐15~25重量份、铝盐20~40重量份、表面活性剂3~7重量份、硅烷偶联剂3~6重量份、成膜助剂1~5重量份、碱源2~8重量份、有机溶剂50~75重量份、水120~150重量份。

3.根据权利要求2所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述石墨烯为还原氧化石墨烯。

4.根据权利要求2所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述镁盐选自硫酸镁、硝酸镁、氯化镁、氟化镁中的至少一种；所述铝盐选自硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、偏铝酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述表面活性剂选自山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯酰胺或聚氧乙烯醚中的至少一种；

所述硅烷偶联剂选自正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正癸基三氯硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三氯硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三氯硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟癸基三氯硅烷、全氟十二烷基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三乙氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述碱源选自氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜，其特征在于，所述有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、磷酸三乙酯、丙酮、三氯甲烷、甲苯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、甲酸、氯仿、四氢呋喃和二甲基亚砜中的至少一种；

所述成膜助剂选自丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇、十二碳醇酯、乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙酸中的至少一种。

8.一种根据权利要求1~7中任意一项所述的用于海水淡化的双金属氢氧化物陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）石墨烯的制备；

（2）将石墨烯、表面活性剂、镁盐、铝盐和碱源在水中混合均匀，然后加入多孔陶瓷基材，接着在100~160℃下密闭反应2~8h，自然冷却至室温，将多孔陶瓷基材用水清洗2~3次，得到多孔陶瓷基材A；

（3）将硅烷偶联剂、成膜助剂 在有机溶剂中混合均匀，得到混合溶液，接着将混合溶液升温至60~90℃,将多孔陶瓷基材A在混合溶液中浸泡0.5~3h，然后取出多孔陶瓷基材A，用水清洗3~5遍，得到多孔陶瓷基材B；

（4）将多孔陶瓷基材B在惰性气体中煅烧2~6h，煅烧温度为300~600℃，得到用于海水淡化的层状双金属氢氧化物陶瓷膜。