CN109304097B - 氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法 - Google Patents

氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法，该氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜由基膜和附着在基膜上的过滤层构成；过滤层的主要成分由氧化石墨烯和亚甲基蓝构成。制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯加纯水研磨至粒径分散均匀，在搅拌条件下加纯水，稀释至5～20μg/mL，继续搅拌，后再在200～600w下超声1～30min，加入亚甲基蓝，搅拌至混合均匀，得到制膜液；4)将适宜量的制膜液加入砂芯漏斗，砂芯漏斗内预先铺设有基膜；真空抽滤，干燥，得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜。制备方法简单、高效、成本低、可重复性高；得到的产品能大幅度提高对染料的截留率。

Description

氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及膜技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法。
背景技术
石墨烯，一种碳基材料，是由sp2组成的单原子厚度二维层状材料杂化碳原子。氧化石墨烯(简称GO)是其主要衍生物之一，具有和石墨烯相似的二维平面结构。由于GO表面有丰富的含氧官能团，因此GO膜具有良好的渗透性能。虽然GO膜在应用中具有许多优点，但是GO膜在水中不稳定，分离过程中容易从基膜上脱落；另外，氧化石墨烯膜对盐和染料的截留率均比较低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜及其制备方法，得到的氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜能大幅度提高对染料的截留率，且在水中长时间使用时性能稳定，制备方法简单、高效、成本低、可重复性高，能大大降低处理染料废水的成本，具有广阔的市场应用前景。
为此，本发明的技术方案如下：
一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜，由基膜和附着在基膜上的过滤层构成；所述过滤层的主要成分由氧化石墨烯和亚甲基蓝构成。
进一步，所述基膜为微滤膜。
一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将氧化石墨烯加纯水研磨至粒径分散均匀，在搅拌条件下加入纯水，稀释至5～20μg/mL，继续搅拌，得到氧化石墨烯悬浊液；
2)将所述氧化石墨烯悬浊液在200～600w下超声1～30min，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
3)向氧化石墨烯水溶液中加入亚甲基蓝，搅拌至混合均匀，得到制膜液；其中，所述氧化石墨烯占所述制膜液总质量的0.0001％～0.001％，亚甲基蓝占所述制膜液总质量的1×10-6％～1×10-4％；
4)将适宜量的所述制膜液加入砂芯漏斗，所述砂芯漏斗内预先铺设有基膜；真空抽滤，干燥，得到所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜。
进一步，所述亚甲基蓝占所述制膜液总质量的5×10-6％～1.5×10-5％。
进一步，步骤4)中所述干燥为室温干燥或冷冻干燥。
步骤3)中亚甲基蓝的含量对最终制得膜的性能影响重大，当亚甲基蓝含量小于5×10-6wt％时，氧化石墨烯(简写为GO)与亚甲基蓝(简写MB)之间是GO/MB共轭和GO/MB单面吸附，且共轭作用为主，吸附作用为辅；当亚甲基蓝含量为5×10-6wt％～1.5×10-5wt％时，此时GO/MB吸附作用刚好达到饱和，最终制得膜的截留率达到最佳；当亚甲基蓝含量高于1.5×10-5wt％时，MB/GO/MB双面吸附作用出现，最终制得膜的截留率开始下降。
由于氧化石墨烯与亚甲基蓝之间具有静电吸附作用和π-π共轭作用，因此与纯氧化石墨烯膜对比，氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜具有良好的稳定性能。在处理染料废水过程中，氧化石墨烯膜通过之字形通道传输水分子，加入亚甲基蓝后，由于静电吸附作用，在一定程度上减弱了氧化石墨烯膜的层间距，提高了氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜对不同染料分子的截留率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案提供详细描述。
实施例1～3
一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，包括如下步骤：
取0.005g片层氧化石墨烯加入研钵中，滴加纯水1mL研磨5min，将其转移到500mL圆底烧瓶中用纯水稀释至300mL，并在20℃下机械搅拌3.5h，然后超声至完全分散后密封保存到低温室，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
向氧化石墨烯水溶液中加入不同量的亚甲基蓝粉末，磁力搅拌24h，得到制膜液；
在砂芯漏斗内预先铺设混合纤维素微滤膜作为基膜，将100mL制膜液在-0.1Mpa的条件下通过真空抽滤成膜，再经过室温干燥2天得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜，该膜在低温下密封保存。
Figure BDA0001779897440000031
将实施例1～3得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜采用错流装置对其截染料性能进行测试，在0.2Mpa下对浓度均为50ppm的甲基橙溶液、分散黑9溶液、罗丹明B溶液分别进行测试，经5小时连续测试后发现，得到的截留率数据如下：
实施例1 实施例2 实施例3
甲基橙溶液 96.37％ 96.55％ 95.37％
分散黑9溶液 99.8％ 99.77％ 99.75％
罗丹明B溶液 82.66％ 77.54％ 77.69％
对比例1
一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，包括如下步骤：
取0.005g片层氧化石墨烯加入500mL圆底烧瓶中用纯水稀释至300mL，并在20℃下机械搅拌3.5h，然后超声至完全分散后密封保存到低温室，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
向氧化石墨烯水溶液中加入1×10-5wt.％亚甲基蓝粉末，磁力搅拌24h，得到制膜液；
在砂芯漏斗内预先铺设混合纤维素微滤膜作为基膜，将100mL制膜液在-0.1Mpa的条件下通过真空抽滤成膜，再经过室温干燥2天得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜，该膜在低温下密封保存。
将对比例1得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜采用错流装置对其截染料性能进行测试，在0.2Mpa下对浓度均为50ppm的甲基橙溶液、分散黑9溶液、罗丹明B溶液分别进行测试，经5小时连续测试后发现，得到的截留率数据如下：
甲基橙溶液 分散黑9溶液 罗丹明B溶液
截留率 90.21％ 93.07％ 66.55％
对比例2
一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，包括如下步骤：
取0.005g片层氧化石墨烯加入研钵中，滴加纯水1mL研磨5min，将其转移到500mL圆底烧瓶中用纯水稀释至300mL，然后超声至完全分散后密封保存到低温室，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
向氧化石墨烯水溶液中加入1×10-5wt.％亚甲基蓝粉末，磁力搅拌24h，得到制膜液；
在砂芯漏斗内预先铺设混合纤维素微滤膜作为基膜，将100mL制膜液在-0.1Mpa的条件下通过真空抽滤成膜，再经过室温干燥2天得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜，该膜在低温下密封保存。
将对比例2得到氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜采用错流装置对其截染料性能进行测试，在0.2Mpa下对浓度均为50ppm的甲基橙溶液、分散黑9溶液、罗丹明B溶液分别进行测试，经5小时连续测试后发现，得到的截留率数据如下：
甲基橙溶液 分散黑9溶液 罗丹明B溶液
截留率 91.32％ 92.46％ 69.13％

Claims (5)

1.一种氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将氧化石墨烯加纯水研磨至粒径分散均匀，在搅拌条件下加入纯水，稀释至5～20μg/mL，继续搅拌，得到氧化石墨烯悬浊液；
2)将所述氧化石墨烯悬浊液在200～600W下超声1～30min，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
3)向所述氧化石墨烯水溶液中加入亚甲基蓝，搅拌至混合均匀，得到制膜液；其中，所述氧化石墨烯占所述制膜液总质量的0.0001％～0.001％，亚甲基蓝占所述制膜液总质量的1×10-6％～1×10-4％；
4)将适宜量的所述制膜液加入砂芯漏斗，所述砂芯漏斗内预先铺设有基膜；真空抽滤，干燥，得到所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜。
2.如权利要求1所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，其特征在于：所述亚甲基蓝占所述制膜液总质量的5×10-6％～1.5×10-5％。
3.如权利要求1所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，其特征在于：步骤4)中所述干燥为室温干燥或冷冻干燥。
4.如权利要求1所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，其特征在于：所述基膜为微滤膜。
5.如权利要求1所述氧化石墨烯/亚甲基蓝复合膜的制备方法，其特征在于：所述基膜为聚酰胺微滤膜、聚醚砜微滤膜、聚偏氟乙烯微滤膜、聚四氟乙烯微滤膜或混合纤维素微滤膜。
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