CN108619921A - 离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用 - Google Patents

离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用，复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末0.1‑2份；其中，离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成；制备时，首先制得氧化石墨烯，再将离子液体连接到氧化石墨烯的层间及表面，然后在有机溶剂中与高分子聚合物膜材料形成铸膜液，最终通过刮膜成型，即可。与现有技术相比，本发明将离子液体改性氧化石墨烯应用于渗透汽化膜的改性，克服了现有技术中直接将离子液体用于渗透汽化膜改性存在的离子液体容易流失而造成的膜稳定性不好的缺陷。

Description

离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用
技术领域
本发明属于渗透汽化膜分离领域，涉及一种离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜及其制备与应用。
背景技术
现今，人类所使用的能源主要来源于化石能源，它们都是不可再生资源，储量日益减少，新型可再生能源的研究越来越被重视。生物燃料可以替代由石油制取的汽油和柴油，具有来源广泛、可循环性、对环境友好等特点，是可再生能源开发发展的重要领域。近年来，研究较多的生物燃料主要有：生物乙醇、生物丁醇等，其中，生物丁醇相较于生物乙醇蒸气压更低，能与汽油方便地调和，具有腐蚀性小、热值高、辛烷值高等优点。生物丁醇是通过发酵法制得，然而，丁醇作为发酵产物对发酵所用菌株会产生毒害作用。而为了提高丁醇的产率，现有的有效方法主要包括以下两种：一是开发耐丁醇的菌株；二是将分离丁醇的过程与发酵耦合，不断将发酵产生的丁醇分离出去以保持细菌的活性。
醇类的分离方法主要有气提、液液萃取、精馏、吸附和渗透汽化。透汽化分离醇类相比于其他分离方法，具有能耗低，投资少，效率高等优点。渗透汽化膜的分离性能主要以分离因子和渗透通量作为评价指标。
氧化石墨烯(片径50～1000nm)具有与石墨烯类似的层状结构，因此，也保持了石墨烯的一些良好的性能，又由于其表面含有很多含氧官能团，提供了它可供各种改性的可能，使其可以具备很多研究需要的性能。目前，其在材料、化学、环境等领域中都有很多运用。
离子液体具有催化功能，熔点低，不挥发，热稳定性好，溶解能力强，性质可调等特点，使多数离子液体可以作为绿色溶剂，取代一些挥发性高，有毒，且易燃易爆的有机溶剂。离子液体一般与其他物质共存，且可以通过设计和改变离子体系的阴阳离子结构和组成来调节其性质，使其应用与不同领域。随着大量研究者对离子液体的深入研究，离子液体已经应用到有机合成，催化，分离分析及纯化，电化学等领域。离子液体已大量用于渗透汽化分离领域，如离子液体支撑液膜等，但这类渗透汽化膜稳定性差。在渗透汽化过程中，离子液体容易被料液带走从而造成离子液体流失。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能优先透过有机分子(丁醇分子)，稳定性好的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
本发明的另一个目的就是提供所述离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法及应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，该复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末0.1-2份；
其中，所述的离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成。
所述的离子液体改性氧化石墨烯粉末在制备过程中，硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1～0.2g：0.01～0.1mol。
所述的离子液体中的阳离子为具有烷基官能团的阳离子，阴离子为疏水性阴离子。
所述的阳离子包括烷基取代的咪唑离子、烷基取代的吡啶离子或烷基膦类离子中的一种，所述的阴离子包括六氟磷酸根、双三氟甲磺酰亚胺根或二氰胺根离子中的一种。
所述的氧化石墨烯粉末的粒径为50-1000nm。
所述的高分子聚合物膜材料包括聚醚嵌段共聚酰胺、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯中的一种或几种。
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：将氧化石墨烯分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，于60～100℃下搅拌反应6～18小时，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到硅烷化氧化石墨烯粉末；
步骤(2)：将步骤(1)制得的硅烷化氧化石墨烯粉末分散于溶解有离子液体的有机溶剂B中，于60～100℃下搅拌反应6～18小时，冷却至室温，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到离子液体改性氧化石墨烯粉末；
步骤(3)：将高分子聚合物膜材料加入醇类溶剂中，搅拌，制得高分子聚合物膜材料溶液；
步骤(4)：将步骤(2)制得的离子液体改性氧化石墨烯粉末加入到醇类溶剂中，搅拌形成均匀的悬浊液，再与步骤(3)制得的高分子聚合物膜材料溶液混合，充分搅拌至均匀，形成铸膜液，静置脱泡；
步骤(5)：将脱泡后的铸膜液进行刮膜、成型，即制得所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
步骤(2)中硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1～0.2g：0.01～0.1mol；
步骤(4)中高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的质量比为100:0.1～1；
步骤(5)中刮膜、成型是指将脱泡后的铸膜液冷却至30～50℃，倾倒于水平放置的玻璃板上，并用玻璃刮刀刮膜，常温下放置一段时间，再于50～70℃下干燥，待溶剂挥发完全后即可。
所述的有机溶剂A为无水乙醇，所述的硅烷偶联剂为3-氯丙基三乙氧基硅烷，所述的有机溶剂B为乙腈，所述的醇类溶剂为丁醇。
所述的有机溶剂B在实际选择时，可根据所用离子液体，选择对该离子液体溶解性好且不与其发生反应，并可用简单分离方法与所得固体分离的常见有机溶剂。
所述的醇类溶剂应与高分子聚合物膜材料有较好的溶解性，并能使氧化石墨烯很好地分散于其中，这样可以将膜材料制成均匀溶胶，并且在加入氧化石墨烯后依旧保持溶胶的均匀。
在实际制备过程中，步骤(1)和步骤(2)中的搅拌为带有回流的磁力搅拌，干燥的温度为50～90℃。步骤(1)中的洗涤依次采用乙醇、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤，步骤(2)中的洗涤依次采用乙酸乙酯、0.1mol/L的盐酸、蒸馏水和甲醇洗涤。步骤(3)及步骤(4)中，搅拌的温度控制为50-90℃。
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的应用，所述的复合膜应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。
本发明中，所述的离子液体中的阳离子和阴离子均对醇类具有优先选择性，所述的氧化石墨烯包括市售氧化石墨烯粉末或通过氧化石墨法制得的粉末。在高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的用量选择方面，当添加的离子液体改性氧化石墨烯粉末过少，改性后的复合膜渗透汽化分离性能没有明显变化；当离子液体改性氧化石墨烯粉末填充量过多时，改性的复合膜中，氧化石墨烯分散性较差，成片成块出现，破坏复合膜的渗透汽化性能。
本发明复合膜包括高分子聚合物膜材料和分散在高分子聚合物膜材料中的离子液体改性氧化石墨烯粉末，所述的离子液体改性氧化石墨烯粉末是将离子液体通过键合的方式连接至氧化石墨烯层间及表面。本发明复合膜的制备过程中，首先制得氧化石墨烯，再将离子液体连接到氧化石墨烯的层间及表面，然后在有机溶剂中与高分子聚合物膜材料形成铸膜液，最终通过刮膜成型即可。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)将离子液体改性氧化石墨烯应用于渗透汽化膜的改性，充分发挥了氧化石墨烯和离子液体在渗透汽化中的优点，并克服了现有技术中直接将离子液体用于渗透汽化膜改性存在的离子液体容易流失而造成的膜稳定性不好的缺陷；
2)选出对醇类有优先选择性的离子液体固载到氧化石墨烯的表面及层间，为氧化石墨烯提供了醇的吸附位点，使得醇类扩散到渗透汽化膜下游侧，从而提高了渗透汽化膜的分离因子，且离子液体不易流失；
3)制备步骤简单，工艺条件温和，可重复性好，制得的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜具有较好的分离因子及渗透通量，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，包括高分子聚合物膜材料和分散于其中的离子液体改性氧化石墨烯粉末，离子液体改性氧化石墨烯粉末是通过将离子液体通过偶联剂连接至氧化石墨烯层表面形成，其中，氧化石墨烯粉末为市售的氧化石墨烯(GO)，离子液体为N-辛基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐(IL1)，高分子聚合物膜材料为聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA)，离子液体改性氧化石墨烯粉末(GO-IL1)与PEBA的质量比约为1:100，该复合膜可以应用在丁醇/水体系渗透汽化分离丁醇中，该复合膜具体制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯的超声分散
称取0.2g的氧化石墨烯粉末加入适量的乙醇适当搅拌，然后将上述悬浮液放入超声清洗器中超声分散2h以上，直至分散液均匀无沉淀为止。
(2)氧化石墨烯的硅烷化
将步骤(1)所得到的氧化石墨烯分散液放入250mL三口烧瓶中，取1mL 3-氯丙基三乙氧基硅烷(Acros Organics)与10ml乙醇混合均匀后加入烧瓶，在70℃下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离。先后用乙醇、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤，得到黑色固体粉末，最后在80℃条件下干燥12h。记为GO-Cl。
(3)离子液体改性氧化石墨烯的制备
将步骤(2)得到黑色干燥粉末放入250mL的三口烧瓶中，加入100mL的乙腈作为溶剂，再加入0.05mol的N-辛基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐(IL1)，于80℃条件下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离，先后用乙酸乙酯、0.1mol/L盐酸、蒸馏水和甲醇洗涤。得到的黑色固体置于干燥箱中80℃干燥24h。记为GO-IL1。
(4)离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料的制备
将0.03g步骤(3)得到的GO-IL1加入12g丁醇溶剂中，在超声波清洗仪中超声分散2h；待分散进行1h以后，将2.97g聚醚嵌段共聚酰胺颗粒加入15g丁醇溶剂中，于70℃水浴中恒温磁力搅拌1h。将上述两种液体混合，继续在70℃水浴中搅拌2h，直至铸膜液混合均匀，静置脱泡，得到离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料。
(5)平板刮膜及成型
将步骤(4)得到的铸膜液冷却至40℃，倾倒于水平放置玻璃板上，用玻璃刮刀刮膜。常温下放置一段时间，溶剂大部分挥发之后，放入60℃鼓风干燥箱中干燥，直至溶剂完全挥发后将膜揭下，得到离子液体改性氧化石墨烯(GO-IL1)与PEBA的质量比约为1:100的复合膜。
实施例2
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，包括高分子聚合物膜材料和分散于其中的离子液体改性氧化石墨烯粉末，离子液体改性氧化石墨烯粉末是通过将离子液体通过偶联剂连接至氧化石墨烯层表面形成，其中，氧化石墨烯粉末为市售的氧化石墨烯(GO)，离子液体为三己基(十四烷基)膦二氰胺(IL2)，高分子聚合物膜材料为聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA)，离子液体改性氧化石墨烯粉末(GO-IL2)与PEBA的质量比约为1:100，该复合膜可以应用在丁醇/水体系渗透汽化分离丁醇中，该复合膜具体制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯超声分散
称取0.2g的氧化石墨烯粉末加入适量的乙醇适当搅拌，然后将上述悬浮液放入超声清洗器中超声分散2h以上，直至分散液均匀无沉淀为止。
(2)氧化石墨烯的硅烷化
将步骤(1)所得到的氧化石墨烯分散液放入250mL三口烧瓶中，取1mL 3-氯丙基三乙氧基硅烷(Acros Organics)与10ml乙醇混合均匀后加入烧瓶，在70℃下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离。先后用乙醇、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤，得到黑色固体粉末，最后在80℃条件下干燥12h。记为GO-Cl。
(3)离子液体改性氧化石墨烯的制备
将步骤(2)得到黑色干燥粉末放入250mL的三口烧瓶中，加入100mL的乙腈作为溶剂，再加入0.03mol的三己基(十四烷基)膦二氰胺(IL2)，于80℃条件下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离，先后用乙酸乙酯、0.1mol/L盐酸、蒸馏水和甲醇洗涤。得到的黑色固体置于干燥箱中80℃干燥24h。记为GO-IL2。
(4)离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料的制备
将0.03g步骤(3)得到的GO-IL2加入12g丁醇溶剂中，在超声波清洗仪中超声分散2h；待分散进行1h以后，将2.97g聚醚嵌段共聚酰胺颗粒加入15g丁醇溶剂中，于70℃水浴中恒温磁力搅拌1h。将上述两种液体混合，继续在70℃水浴中搅拌2h，直至铸膜液混合均匀，静置脱泡，得到离子液体改性氧化石墨烯/聚合物高分子聚合物膜材料。
(5)平板刮膜及成型
将步骤(4)得到的铸膜液冷却至40℃，倾倒于水平放置玻璃板上，用玻璃刮刀刮膜。常温下放置一段时间，溶剂大部分挥发之后，放入60℃鼓风干燥箱中干燥，直至溶剂完全挥发后将膜揭下，得到离子液体改性氧化石墨烯(GO-IL2)与PEBA的质量比约为1:100的复合膜。
实施例3
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，包括高分子聚合物膜和分散于其中的离子液体改性氧化石墨烯粉末，离子液体改性氧化石墨烯粉末是通过将离子液体通过偶联剂连接至氧化石墨烯层表面及层间形成，其中，氧化石墨烯粉末为市售的氧化石墨烯(GO)，离子液体为N-辛基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐(IL1)，高分子聚合物膜材料为聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA)，离子液体改性氧化石墨烯粉末(GO-IL1)与PEBA的质量比约为0.6:100，该复合膜可以应用在丁醇/水体系渗透汽化分离丁醇中，该复合膜具体制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯超声分散
称取0.2g的氧化石墨烯粉末加入适量的乙醇适当搅拌，然后将上述悬浮液放入超声清洗器中超声分散2h以上，直至分散液均匀无沉淀为止。
(2)氧化石墨烯的硅烷化
将步骤(1)所得到的氧化石墨烯分散液放入250mL三口烧瓶中，取1mL 3-氯丙基三乙氧基硅烷(Acros Organics)与10ml乙醇混合均匀后加入烧瓶，在70℃下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离。先后用乙醇、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤，得到黑色固体粉末，最后在80℃条件下干燥12h。记为GO-Cl。
(3)离子液体改性氧化石墨烯的制备
将步骤(2)得到黑色干燥粉末放入250mL的三口烧瓶中，加入100mL的乙腈作为溶剂，再加入0.05mol的N-辛基吡啶双三氟甲磺酰亚胺盐(IL1)，于80℃条件下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离，先后用乙酸乙酯、0.1mol/L盐酸、蒸馏水和甲醇洗涤。得到的黑色固体置于干燥箱中80℃干燥24h。记为GO-IL1。
(4)离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料的制备
将0.018g步骤(3)得到的GO-IL1加入12g丁醇溶剂中，在超声波清洗仪中超声分散2h；待分散进行1h以后，将2.982g聚醚嵌段共聚酰胺颗粒加入15g丁醇溶剂中，于70℃水浴中恒温磁力搅拌1h。将上述两种液体混合，继续在70℃水浴中搅拌2h，直至铸膜液混合均匀，静置脱泡，得到离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料。
(5)平板刮膜及成型
将步骤(4)得到的铸膜液冷却至40℃，倾倒于水平放置玻璃板上，用玻璃刮刀刮膜。常温下放置一段时间，溶剂大部分挥发之后，放入60℃鼓风干燥箱中干燥，直至溶剂完全挥发后将膜揭下，得到离子液体改性氧化石墨烯(GO-IL1)与PEBA的质量比约为0.6:100的复合膜。
实施例4
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，包括高分子聚合物膜和分散于其中的离子液体改性氧化石墨烯粉末，离子液体改性氧化石墨烯粉末是通过将离子液体通过偶联剂连接至氧化石墨烯层表面及层间形成，其中，氧化石墨烯粉末为市售的氧化石墨烯(GO)，离子液体为三己基(十四烷基)膦二氰胺(IL2)，高分子聚合物膜材料为聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA)，离子液体改性氧化石墨烯粉末(GO-IL2)与PEBA的质量比约为0.6:100，该复合膜可以应用在丁醇/水体系渗透汽化分离丁醇中，该复合膜具体制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯超声分散
称取0.2g的氧化石墨烯粉末加入适量的乙醇适当搅拌，然后将上述悬浮液放入超声清洗器中超声分散2h以上，直至分散液均匀无沉淀为止。
(2)氧化石墨烯的硅烷化
将步骤(1)所得到的氧化石墨烯分散液放入250mL三口烧瓶中，取1mL 3-氯丙基三乙氧基硅烷(Acros Organics)与10ml乙醇混合均匀后加入烧瓶，在70℃下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离。先后用乙醇、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤，得到黑色固体粉末，最后在80℃条件下干燥12h。记为GO-Cl。
(3)离子液体改性氧化石墨烯的制备
将步骤(2)得到黑色干燥粉末放入250mL的三口烧瓶中，加入100mL的乙腈作为溶剂，再加入0.03mol的三己基(十四烷基)膦二氰胺(IL2)，于80℃条件下磁力搅拌回流24h。反应结束后，冷却至室温，离心分离，先后用乙酸乙酯、0.1mol/L盐酸、蒸馏水和甲醇洗涤。得到的黑色固体置于干燥箱中80℃干燥24h。记为GO-IL2。
(4)离子液体改性氧化石墨烯/聚合物渗透汽化膜材料的制备
将0.018g步骤(3)得到的GO-IL1加入12g丁醇溶剂中，在超声波清洗仪中超声分散2h；待分散进行1h以后，将2.982g聚醚嵌段共聚酰胺颗粒加入15g丁醇溶剂中，于70℃水浴中恒温磁力搅拌1h。将上述两种液体混合，继续在70℃水浴中搅拌2h，直至铸膜液混合均匀，静置脱泡，得到离子液体改性氧化石墨烯/聚合物高分子聚合物膜材料。
(5)平板刮膜及成型
将步骤(4)得到的铸膜液冷却至40℃，倾倒于水平放置玻璃板上，用玻璃刮刀刮膜。常温下放置一段时间，溶剂大部分挥发之后，放入60℃鼓风干燥箱中干燥，直至溶剂完全挥发后将膜揭下，得到离子液体改性氧化石墨烯(GO-IL2)与PEBA的质量比约为0.6:100的复合膜。
实施例5
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，该复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末0.1份；其中，离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成。
离子液体改性氧化石墨烯粉末在制备过程中，硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1g：0.01mol。
离子液体中的阳离子为具有烷基官能团的阳离子，阴离子为疏水性阴离子。其中，阳离子为烷基取代的咪唑离子，阴离子为六氟磷酸根。
氧化石墨烯粉末的粒径为50nm。
高分子聚合物膜材料为聚醚嵌段共聚酰胺。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：将氧化石墨烯分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，于60℃下搅拌反应18小时，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到硅烷化氧化石墨烯粉末；
步骤(2)：将步骤(1)制得的硅烷化氧化石墨烯粉末分散于溶解有离子液体的有机溶剂B中，于60℃下搅拌反应18小时，冷却至室温，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到离子液体改性氧化石墨烯粉末；
步骤(3)：将高分子聚合物膜材料加入醇类溶剂中，搅拌，制得高分子聚合物膜材料溶液；
步骤(4)：将步骤(2)制得的离子液体改性氧化石墨烯粉末加入到醇类溶剂中，搅拌形成均匀的悬浊液，再与步骤(3)制得的高分子聚合物膜材料溶液混合，充分搅拌至均匀，形成铸膜液，静置脱泡；
步骤(5)：将脱泡后的铸膜液进行刮膜、成型，即制得所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
步骤(2)中硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1g：0.01mol；
步骤(4)中高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的质量比为100:0.1；
步骤(5)中刮膜、成型是指将脱泡后的铸膜液冷却至30℃，倾倒于水平放置的玻璃板上，并用玻璃刮刀刮膜，常温下放置一段时间，再于50℃下干燥，待溶剂挥发完全后即可。
有机溶剂A为无水乙醇，硅烷偶联剂为3-氯丙基三乙氧基硅烷，有机溶剂B为乙腈，醇类溶剂为丁醇。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。
实施例6
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，该复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末2份；其中，离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成。
离子液体改性氧化石墨烯粉末在制备过程中，硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.2g：0.1mol。
离子液体中阳离子为烷基取代的吡啶离子，阴离子为双三氟甲磺酰亚胺根。
氧化石墨烯粉末的粒径为1000nm。
高分子聚合物膜材料为聚二甲基硅氧烷。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：将氧化石墨烯分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，于100℃下搅拌反应6小时，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到硅烷化氧化石墨烯粉末；
步骤(2)：将步骤(1)制得的硅烷化氧化石墨烯粉末分散于溶解有离子液体的有机溶剂B中，于100℃下搅拌反应6小时，冷却至室温，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到离子液体改性氧化石墨烯粉末；
步骤(3)：将高分子聚合物膜材料加入醇类溶剂中，搅拌，制得高分子聚合物膜材料溶液；
步骤(4)：将步骤(2)制得的离子液体改性氧化石墨烯粉末加入到醇类溶剂中，搅拌形成均匀的悬浊液，再与步骤(3)制得的高分子聚合物膜材料溶液混合，充分搅拌至均匀，形成铸膜液，静置脱泡；
步骤(5)：将脱泡后的铸膜液进行刮膜、成型，即制得所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
步骤(2)中硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.2g：0.1mol；
步骤(4)中高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的质量比为100:2；
步骤(5)中刮膜、成型是指将脱泡后的铸膜液冷却至50℃，倾倒于水平放置的玻璃板上，并用玻璃刮刀刮膜，常温下放置一段时间，再于70℃下干燥，待溶剂挥发完全后即可。
有机溶剂A为无水乙醇，硅烷偶联剂为3-氯丙基三乙氧基硅烷，有机溶剂B为乙腈，醇类溶剂为丁醇。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。
实施例7
离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，该复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末1份；其中，离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成。
离子液体改性氧化石墨烯粉末在制备过程中，硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.15g：0.09mol。
离子液体中阳离子为烷基膦类离子，阴离子为二氰胺根离子。
氧化石墨烯粉末的粒径为500nm。
高分子聚合物膜材料为聚氨酯。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：将氧化石墨烯分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，于80℃下搅拌反应12小时，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到硅烷化氧化石墨烯粉末；
步骤(2)：将步骤(1)制得的硅烷化氧化石墨烯粉末分散于溶解有离子液体的有机溶剂B中，于80℃下搅拌反应12小时，冷却至室温，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到离子液体改性氧化石墨烯粉末；
步骤(3)：将高分子聚合物膜材料加入醇类溶剂中，搅拌，制得高分子聚合物膜材料溶液；
步骤(4)：将步骤(2)制得的离子液体改性氧化石墨烯粉末加入到醇类溶剂中，搅拌形成均匀的悬浊液，再与步骤(3)制得的高分子聚合物膜材料溶液混合，充分搅拌至均匀，形成铸膜液，静置脱泡；
步骤(5)：将脱泡后的铸膜液进行刮膜、成型，即制得所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
步骤(2)中硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.15g：0.09mol；
步骤(4)中高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的质量比为100:1；
步骤(5)中刮膜、成型是指将脱泡后的铸膜液冷却至45℃，倾倒于水平放置的玻璃板上，并用玻璃刮刀刮膜，常温下放置一段时间，再于65℃下干燥，待溶剂挥发完全后即可。
有机溶剂A为无水乙醇，硅烷偶联剂为3-氯丙基三乙氧基硅烷，有机溶剂B为乙腈，醇类溶剂为丁醇。
本实施例离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，该复合膜由包括以下组分及重量份含量的原料制备而成：高分子聚合物膜材料100份，离子液体改性氧化石墨烯粉末0.1-2份；
其中，所述的离子液体改性氧化石墨烯粉末是由离子液体通过键合的方式连接至硅烷化氧化石墨烯层间及表面制备而成。
2.根据权利要求1所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，所述的离子液体改性氧化石墨烯粉末在制备过程中，硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1～0.2g：0.01～0.1mol。
3.根据权利要求2所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，所述的离子液体中的阳离子为具有烷基官能团的阳离子，阴离子为疏水性阴离子。
4.根据权利要求3所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，所述的阳离子包括烷基取代的咪唑离子、烷基取代的吡啶离子或烷基膦类离子中的一种，所述的阴离子包括六氟磷酸根、双三氟甲磺酰亚胺根或二氰胺根离子中的一种。
5.根据权利要求2所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，所述的氧化石墨烯粉末的粒径为50-1000nm。
6.根据权利要求1所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜，其特征在于，所述的高分子聚合物膜材料包括聚醚嵌段共聚酰胺、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯中的一种或几种。
7.如权利要求1至6任一项所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：将氧化石墨烯分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，于60～100℃下搅拌反应6～18小时，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到硅烷化氧化石墨烯粉末；
步骤(2)：将步骤(1)制得的硅烷化氧化石墨烯粉末分散于溶解有离子液体的有机溶剂B中，于60～100℃下搅拌反应6～18小时，冷却至室温，过滤保留固体，后经洗涤、干燥，制备得到离子液体改性氧化石墨烯粉末；
步骤(3)：将高分子聚合物膜材料加入醇类溶剂中，搅拌，制得高分子聚合物膜材料溶液；
步骤(4)：将步骤(2)制得的离子液体改性氧化石墨烯粉末加入到醇类溶剂中，搅拌形成均匀的悬浊液，再与步骤(3)制得的高分子聚合物膜材料溶液混合，充分搅拌至均匀，形成铸膜液，静置脱泡；
步骤(5)：将脱泡后的铸膜液进行刮膜、成型，即制得所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜。
8.根据权利要求7所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中硅烷化氧化石墨烯粉末与离子液体的用量比为0.1～0.2g：0.01～0.1mol；
步骤(4)中高分子聚合物膜材料与离子液体改性氧化石墨烯粉末的质量比为100:0.1～1；
步骤(5)中刮膜、成型是指将脱泡后的铸膜液冷却至30～50℃，倾倒于水平放置的玻璃板上，并用玻璃刮刀刮膜，常温下放置一段时间，再于50～70℃下干燥，待溶剂挥发完全后即可。
9.根据权利要求7所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂A为无水乙醇，所述的硅烷偶联剂为3-氯丙基三乙氧基硅烷，所述的有机溶剂B为乙腈，所述的醇类溶剂为丁醇。
10.如权利要求1至6任一项所述的离子液体改性氧化石墨烯/聚合物复合膜的应用，其特征在于，所述的复合膜应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。
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