CN108704488A - 一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法，属于纤维材料技术领域。该制备方法经过石墨烯纺丝液的制备、离心纺丝与成膜、石墨烯纤维滤膜的后处理后制备成石墨烯纤维滤膜。本发明的海水淡化纤维滤膜以石墨烯为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，且该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。

Description

一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维材料技术领域，特别地，涉及一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法。
背景技术
水是人类以及生物赖以生存所必需的物质之一，然而，随着近年来现代化工业建设的发展，水污染程度日益加剧，我国西部城市以及许多边远地区正面临着水资源短缺的危机。面临如此严峻的缺水形势，我国采取了一系列缓解措施，诸如开源节流、科学灌溉、生态保护、减少浪费和防治污染等。很早的时候人们就发现了海水资源这个大宝藏，据统计，地球上海洋面积约占地球总表面积的71％左右，可以说是一项取之不尽的资源。在浩瀚的海洋里面，不仅有丰富的矿物质等化学资源，而且还能经过转化、开发与利用，解决淡水危机。早在16世纪的时候，人们就开始了海水转化为淡水的研究探索，直到20世纪中期，海水淡化技术得到了快速的发展。迄今为止，人们研究出二十余种海水淡化技术，主要有反渗透法、太阳能法、低温多效、多级闪蒸、电渗析、压汽蒸馏等。而脱盐是整个海水淡化过程中最为核心的部分，人们往往采用膜分离的方法达到此目的。
膜法海水淡化技术是利用渗透膜的选择渗透性将海水中的盐分和水分子分离，从而达到海水脱盐的目的。早期的膜材料大都是有机高分子材料，这些膜材料制备工艺简单，容易成型，价格低廉，有很高的脱盐性能，然而有机膜容易受有机溶剂的影响，易腐蚀，使用寿命短、需要频繁清洗和更换，因而增加了反渗透法制水的成本。与有机膜材料相比，无机膜材料(如沸石分子筛膜)具有良好的热稳定性和化学稳定性以及较长的使用寿命等优点，能够有效弥补现有有机膜材料的不足。虽然无机膜可以有效克服有机膜的不足，但无机膜材料脆性大、弹性小，难以加工成型及装备组件。
综上所述，现有技术中已有报道在某些特殊材料上形成膜层用于海水淡化，但是形成的膜在海水环境下稳定性较差。因此，本领域急需开发一种性能更优异，结构新颖，分布均匀的可用于海水淡化的膜层，尤其是稳定性高且脱盐率高的新型海水淡化膜材料。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于石墨烯的海水淡化纤维滤膜及其制备方法。本发明的海水淡化纤维滤膜以石墨烯为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，且该海水淡化复合膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
进一步地，所述石墨烯的厚度小于2nm。优选地，所述石墨烯的厚度为0.35nm。
进一步地，所述纤维基体原料选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯腈中的一种或两种以上。
进一步地，所述石墨烯纺丝液的浓度为0.1wt％-30wt％。
进一步地，所述的纺丝孔的孔径为200-800μm。
进一步地，所述熔喷无纺布的平方米克重为10-35g/m2。
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜，其特征在于采用上述的制备方法制备得到。
本发明具有以下有益效果：本发明的海水淡化石墨烯纤维膜以石墨烯为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，且该海水淡化膜的表面抗污性强，不易被堵塞，使用寿命长。
具体实施方式
实施例1
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
所述石墨烯的厚度为2nm。所述纤维基体原料选自聚乙烯醇。所述石墨烯纺丝液的浓度为0.1wt％。所述的纺丝孔的孔径为200μm。所述熔喷无纺布的平方米克重为10g/m2。
实施例2
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
所述石墨烯的厚度为1nm。所述纤维基体原料选自聚乙二醇。所述石墨烯纺丝液的浓度为30wt％。所述的纺丝孔的孔径为800μm。所述熔喷无纺布的平方米克重为35g/m2。
实施例3
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
所述石墨烯的厚度为0.5nm。所述纤维基体原料选自聚丙烯腈。所述石墨烯纺丝液的浓度为10wt％。所述的纺丝孔的孔径为400μm。所述熔喷无纺布的平方米克重为20g/m2。
实施例4
一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
所述石墨烯的厚度为0.35nm。所述纤维基体原料选自聚丙烯腈。所述石墨烯纺丝液的浓度为10wt％。所述的纺丝孔的孔径为400μm。所述熔喷无纺布的平方米克重为20g/m2。
将采用实施例1-4的方法制备得到的用于海水淡化石墨烯纤维滤膜与市购常规石墨烯淡化膜(对比例1、对比例2)的脱盐率进行对比，对比数据如下：
组别 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
脱盐率 99.4％ 99.3％ 99.5％ 99.7％ 99.8％ 96.6％ 98.3％
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
(1)将溶剂、氧化石墨烯和纤维基体原料混配后，在室温条件下采用乳化机乳化分散0.5-1h后得到氧化石墨烯分散溶液，其中，乳化机的转速为8000-10000r/min；随后在室温条件下采用机械搅拌1-2h后得到石墨烯纺丝溶液；
(2)将离心纺纺丝罐上的纺丝孔封闭，然后将经步骤(1)得到的石墨烯纺丝溶液注入离心纺纺丝罐中，同时增加纺丝罐的转速至5000-8000r/min，在转速恒定后打开离心纺纺丝罐上的纺丝孔，石墨烯纺丝溶液经离心纺丝后得到石墨烯纤维，石墨烯纤维在重力作用下降落和沉积在熔喷无纺布表面后形成石墨烯纤维膜；
(3)将经步骤(2)得到的表面形成有石墨烯纤维膜的熔喷无纺布放入温度为120-150℃、真空度为-0.1Mpa的真空干燥箱中进行干燥1-3h，揭膜后得到石墨烯纤维滤膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯的厚度小于2nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯的厚度为0.35nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纤维基体原料选自聚乙烯醇，聚乙二醇，聚丙烯腈中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯纺丝液的浓度为0.1wt％-30wt％。
6.根据权利要求1任一项所述的制备方法，其特征在于：所述的纺丝孔的孔径为200-800μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于：所述熔喷无纺布的平方米克重为10-35g/m2。
8.一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜，其特征在于采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。
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