CN109250789B - 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用 - Google Patents

一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109250789B
CN109250789B CN201811140553.1A CN201811140553A CN109250789B CN 109250789 B CN109250789 B CN 109250789B CN 201811140553 A CN201811140553 A CN 201811140553A CN 109250789 B CN109250789 B CN 109250789B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cobalt
graphene oxide
ethanol solution
stainless steel
cobalt chloride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811140553.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109250789A (zh
Inventor
葛文娜
戴江栋
张瑞龙
谢阿田
闫永胜
周志平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201811140553.1A priority Critical patent/CN109250789B/zh
Publication of CN109250789A publication Critical patent/CN109250789A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109250789B publication Critical patent/CN109250789B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/40—Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/75—Cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明属于纳米功能网膜材料制备工艺技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯复合钴氧化物负载网膜的制备方法；具体步骤：将氯化钴溶于乙醇溶液，得到氯化钴乙醇溶液；加入石墨烯，超声震荡，得到混合溶液；然后，将不锈钢网适当剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理；再将处理过的不锈钢网，浸入氯化钴乙醇溶液中，取出不锈钢网在酒精灯外焰下进行燃烧，得到氧化石墨烯复合钴氧化物负载网膜的双功能材料；重复操作，实现层层自组装；本发明所使用的氯化钴经氧化成为具有催化功能的四氧化三钴，它既能实现催化性能，又增加了网膜表面的粗糙度，同时实现了催化和油水分离双功能，具有优良的综合性能。

Description

一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于纳米功能网膜材料制备工艺技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用。
背景技术
近年来，漏油事故频繁发生，人类生产生活中含油废水任意排放，又含有多种难降解抗生素，对环境造成了严重污染，威胁人类健康。因此，寻找一种高效的油水分离手段来处理污水具有重要意义。膜分离技术因其操作简便、分离效率高、能耗低等独到之处，在油水分离中有广阔前景。分离膜是一种特殊的、具有选择性透过功能的薄层物质；液体净化膜通常分为两大类：多孔和无孔；次级分类为：微滤、超滤、纳滤、和反渗透。无机膜材料可以承受高温和宽的pH值范围，而且其化学惰性高，生物耐受性强，适用温度范围广。受荷叶、鱼鳞等启发，研究得到许多油水分离膜材料，其中超亲水-水下超疏油膜材料因分离效果良好，受到研究者广泛关注。但是，目前超亲水-水下超疏油膜材料的研究还存在制备过程复杂、机械性能和化学稳定性差及使用寿命短等问题亟待解决；而且制备得到的膜材料，存在负载物质不稳定等问题。
基于传统的油水分离的方法存在耗时长、能耗高、设备要求复杂等缺点，且功能化单一，无法同时实现油水分离和抗生素催化降解双功能，探索和发展一种更为有效的同步双功能材料具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在解决上述问题之一；本发明采用燃烧法、层层自组装法制备氧化石墨烯复合钴氧化物负载的网膜，将该网膜放在动态水处理的流程中，可以实现污水中有机污染物的去除以及油水分离。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案具体为：
一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)将氯化钴溶于乙醇溶液，得到一定浓度的氯化钴乙醇溶液；加入石墨烯，超声震荡，得到混合溶液；
(2)将不锈钢网剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理；
(3)将步骤(2)处理过的不锈钢网，浸入步骤(1)配置的氯化钴乙醇溶液中一段时间，然后取出不锈钢网进行燃烧，得到氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料；重复操作，实现层层自组装。
优选的，步骤(1)中，氯化钴乙醇溶液中，氯化钴的质量百分浓度为1％～5％。
优选的，步骤(1)中，石墨烯与氯化钴的质量比为0.125～1：10。
优选的，步骤(1)中，超声震荡时间为60min～120min。
优选的，步骤(2)中，所述超声处理的时间为60min～120min。
优选的，步骤(3)中，所述一段时间为30s～60s。
优选的，步骤(3)中，燃烧时间为40s～60s。
有益效果：
(1)本发明的实验操作方法简单，实验器材单一；并且满足了本实验低成本，高性能的要求。
(2)本发明所使用的氯化钴经氧化成为具有催化功能的四氧化三钴，它既能实现催化性能，又增加了网膜表面的粗糙度，同时实现了催化和油水分离双功能，具有优良的综合性能。
(3)本发明一步完成金属离子的氧化，合成方法简单易行，合成材料性能优异，适于推广使用。
(4)GO表面富含含氧官能团适宜与金属氧化物结合，通过层层自组装工艺，可以使得负载物更加牢固，同时结合了石墨烯的亲水催化性能使得材料功能化更好。
附图说明
图1为实施例1中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的电镜扫描图。
图2为实施例2中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的电镜扫描图。
图3为实施例1中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜实现层层自组装后，材料表面的水下接触角。
图4为实施例1中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜对不同油污染物的膜通量和分离效率图，其中a为环己烷，b为柴油，c为甲醛，d为正己烷，e为甲苯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
(1)将氯化钴溶于乙醇溶液，氯化钴乙醇溶液的质量百分浓度为1％；加入石墨烯，墨烯与氯化钴的质量比为0.125：10，超声震荡60min，得到混合溶液；
(2)将不锈钢网适当剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理60min；
(3)将步骤(2)处理过的不锈钢网，浸入步骤(1)配置的氯化钴乙醇溶液中40s，然后取出不锈钢网在酒精喷灯下进行燃烧40s，得到氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料；重复操作，实现层层自组装。
(4)实现油水分离与机污染物的催化降解：
将氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料固定在聚四氟乙烯法兰槽内，组装油水分离装置，将过硫酸盐(10mmol/L)加入含油和有机染料的废水中，模拟抗生素和有机污染物，其中水中含有的有机污染物罗丹明B(浓度为25mg/L)，将油水混合物倒入槽内，且当该水溶液通过法兰后，流出的液体为无色水溶液。通过液体紫外分析，发现罗丹明B的含量极低， 8min后检测不到，说明该网膜不仅有油水分离功能，且同时兼具催化降解罗丹明B性能。
实施例2：
(1)将氯化钴溶于乙醇溶液，氯化钴乙醇溶液的质量百分浓度为3％；加入石墨烯，墨烯与氯化钴的质量比为0.3：10，超声震荡80min，得到混合溶液；
(2)将不锈钢网适当剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理90min；
(3)将步骤(2)处理过的不锈钢网，浸入步骤(1)配置的氯化钴乙醇溶液中30s，然后取出不锈钢网在酒精喷灯下进行燃烧50s，得到氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料；重复操作，实现层层自组装。
(4)实现油水分离与机污染物的催化降解：
将氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料固定在聚四氟乙烯法兰槽内，组装油水分离装置，将过硫酸盐(10mmol/L)加入含油和有机染料的废水中，模拟抗生素和有机污染物，其中水中含有的有机污染物亚甲基蓝(浓度为25mg/L)，将油水混合物倒入槽内，且当该水溶液通过法兰后，流出的液体为无色水溶液。通过液体紫外分析，检测不到亚甲基蓝成分，说明该网膜不仅有油水分离功能，且同时兼具催化降解亚甲基蓝性能。
实施例3：
(1)将氯化钴溶于乙醇溶液，氯化钴乙醇溶液的质量百分浓度为5％；加入石墨烯，墨烯与氯化钴的质量比为1：10，超声震荡120min，得到混合溶液；
(2)将不锈钢网适当剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理120min；
(3)将步骤(2)处理过的不锈钢网，浸入步骤(1)配置的氯化钴乙醇溶液中60s，然后取出不锈钢网在酒精喷灯下进行燃烧60s，得到氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料；重复操作，实现层层自组装。
(4)实现油水分离与机污染物的催化降解：
将氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料固定在聚四氟乙烯法兰槽内，组装油水分离装置，将过硫酸盐(10mmol/L)加入含油和有机染料的废水中，模拟抗生素和有机污染物，其中水中含有的有机污染物亚甲基蓝(浓度为25mg/L)，将油水混合物倒入槽内，且当该水溶液通过法兰后，流出的液体为无色水溶液。通过液体紫外分析，检测不到亚甲基蓝成分，说明该网膜不仅有油水分离功能，且同时兼具催化降解亚甲基蓝性能。
图1为实施例1中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料的电镜扫描图，可以明显观察到钴氧化物，其粒径属于微米级，在不锈钢网膜表面的分布呈现不规则状态，有效地增加了网膜表面的粗糙度，同时看到氧化石墨烯均匀分布其中，既提高了双功能性，又提高了负载物的牢固性。
图2为实施例2中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料的电镜扫描图，可以观察到，产生的钴氧化物均匀分散在网膜表面。与图1相比，通过改变浓度，可以改变材料的表面行貌，行貌对于接触角的影响非常大，图2提高了浓度，会使得表面负载物质增多，粗糙度降低，进而导致疏油性降低。
图3为实施例1中制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料实现层层自组装后，材料表面的水下接触角为154.98°；接触角大于150°，说明该网膜有明显的超疏油性能。
图4为实施例1制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的双功能材料对不同油的膜通量和分离效率图；从图中可以看出，本发明制备的材料对不同的油类(a-环己烷，b-柴油，c-甲醛， d-正己烷，e-甲苯)的分离效率均能达到95％以上；膜通量基本都在30000L/m2·h以上，体现了良好的分离效果。

Claims (7)

1.一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将氯化钴溶于乙醇溶液，得到一定浓度的氯化钴乙醇溶液；加入氧化石墨烯，超声震荡，得到混合溶液；所述氧化石墨烯与氯化钴的质量比为0.125~1：10；
（2）将不锈钢网剪裁后，依次放入丙酮和乙醇溶液中超声处理；
（3）将步骤（2）处理过的不锈钢网，浸入步骤（1）配置的氯化钴乙醇溶液中一段时间，然后取出不锈钢网进行燃烧，燃烧时间为40s~60s，得到氧化石墨烯/钴氧化物复合网；重复操作，实现层层自组装。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述氯化钴乙醇溶液中，氯化钴的质量百分浓度为1%~5%。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述超声震荡时间为60min~120min。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述超声处理的时间为60min~120min。
5.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述一段时间为30s~60s。
6.根据权利要求1~5任一所述的方法制备的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的应用，其应用于含油水体中的油水分离，并同步催化降解水中的有机污染物。
7.根据权利要求6所述的氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的应用，其特征在于，所述的有机污染物具体为罗丹明B或亚甲基蓝。
CN201811140553.1A 2018-09-28 2018-09-28 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用 Active CN109250789B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811140553.1A CN109250789B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811140553.1A CN109250789B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109250789A CN109250789A (zh) 2019-01-22
CN109250789B true CN109250789B (zh) 2021-11-23

Family

ID=65048576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811140553.1A Active CN109250789B (zh) 2018-09-28 2018-09-28 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109250789B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104828817A (zh) * 2015-05-18 2015-08-12 中国石油大学(华东) 一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜
CN105498774A (zh) * 2015-12-09 2016-04-20 河南师范大学 一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法
CN105617871A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 北京航空航天大学 一种超浸润四氧化三钴纳米针多孔膜的制备及其在乳液分离中的应用
KR101736426B1 (ko) * 2015-12-31 2017-05-16 부산대학교 산학협력단 다층 그래핀이 코팅된 금속 나노 입자 및 이를 갖는 고에너지물질 복합체 그리고 이들의 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104828817A (zh) * 2015-05-18 2015-08-12 中国石油大学(华东) 一种具有高效油水分离能力的氧化石墨烯网膜
CN105498774A (zh) * 2015-12-09 2016-04-20 河南师范大学 一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法
CN105617871A (zh) * 2015-12-23 2016-06-01 北京航空航天大学 一种超浸润四氧化三钴纳米针多孔膜的制备及其在乳液分离中的应用
KR101736426B1 (ko) * 2015-12-31 2017-05-16 부산대학교 산학협력단 다층 그래핀이 코팅된 금속 나노 입자 및 이를 갖는 고에너지물질 복합체 그리고 이들의 제조 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Co3O4-GO/ PES共混超滤膜的制备及催化清洗性能;欧阳赣等;《膜科学与技术》;20160430;全文 *
Underwater superoleophobic graphene oxide coated meshes for the separation of oil and water;Ying Dong et al.;《CHEMICAL COMMUNICATIONS》;20140411;第5587页左边栏 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109250789A (zh) 2019-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Amid et al. Fabrication of polycarbonate ultrafiltration mixed matrix membranes including modified halloysite nanotubes and graphene oxide nanosheets for olive oil/water emulsion separation
CN102294180B (zh) 纳米TiO2改性PVDF超滤膜的制备方法
CN111888950B (zh) 一种亲水性聚偏氟乙烯改性膜的制备方法及其应用
CN112546884B (zh) 聚偏氟乙烯改性膜的制备方法、聚偏氟乙烯改性膜和应用
CN110540285A (zh) 一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法
CN108579821B (zh) 一种多孔吸附负载型光催化反应膜及其制备方法与应用
Mofradi et al. Hydrophilic polymeric membrane supported on silver nanoparticle surface decorated polyester textile: Toward enhancement of water flux and dye removal
Tai et al. Low cost palm oil fuel ash based ceramic membranes for oily water separation
CN109250789B (zh) 一种氧化石墨烯/钴氧化物复合网膜的制备方法及其应用
George et al. Biocatalytic polymeric membranes to decrease biofilm fouling and remove organic contaminants in wastewater: a review
CN101498707B (zh) 应急性河流特征污染物消除试验方法及试验水槽
CN109092360A (zh) 一种用于催化降解有机物的纳米杂化凝胶膜的制备方法
CN112871146A (zh) 一种双功能金属-有机框架材料改性复合膜及其制备方法和应用
Zhao et al. Removal of phenol and phosphoric acid from wastewater by microfiltration carbon membranes
WO2000068153A1 (fr) Appareil pouvant detruire par oxydation une substance nocive pour des traces
CN115283013A (zh) 一种纳米二氧化锰有机催化膜的制备方法
CN113413774B (zh) 一种多层生物基纳米纤维重金属过滤膜、制备方法及其用途
CN109292942B (zh) 一种钴氧化物/SiO2复合网膜的制备方法及其应用
Sonawane et al. Treatment of Winery Wastewater with PEG-600/PVDF Mixed Matrix Membranes Using Submerged Membrane Bioreactor and Process Optimization by Box–Behnken Design
CN109292907B (zh) 一种钴氧化物负载网膜双功能材料的制备方法及其应用
Zahoor et al. Removal of 2, 4-D from water, using various adsorbents in combination with ultrafiltration
CN102553534B (zh) 17β-雌二醇分子印迹TiO2纳米管及其制备方法
CN110745909A (zh) 一种纳米级超滤生物集成膜的制备方法
CN221062317U (zh) 一种应用于多场景的二氧化钛改性pvdf底膜
CN114887480B (zh) 一种利用膜催化强化臭氧微气泡处理VOCs的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant