CN110559870A - 一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法 - Google Patents

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闵永刚
张诗洋
刘屹东
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Abstract

本发明公开了一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及其制备方法，旨在提供一种可用于水处理的膜材料。氧化石墨烯/聚苯胺复合膜包括基体、功能化氧化石墨烯和枝接在功能化氧化石墨烯膜表面的聚苯胺，其制备方法为将氧化石墨烯进行功能化，随后在基体上制备成膜，随后将其浸入苯胺和过硫酸铵的混合酸溶液，反应一定时间，取出，清洗表面聚苯胺，即可得到功能化氧化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜。本发明中的功能化氧化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜，制备工艺简单，成本低，且净化效果良好。

Description

一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法
技术领域
一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，属水处理和膜材料领域。
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。此外，由于我国正处于快速发展阶段，环保意识不强，各项污染物未经处理就直接排放造成了河流湖泊大面积的严重污染，直接加重了我国的水资源危机。因此，如何高效利用水资源便成为了当前研究的重点和热点。
日前，对于污水处理的方法，应用最广泛的为膜处理技术，而石墨烯膜利用其层间距能够实现对污染物的快速有效净化受到科学和产业界的关注，但氧化石墨烯由于其表面官能团的亲水作用，导致在水中层间距变大，并且在水中不稳定，容易在水中溶解，从而对污染物的截留率降低，不利于其对污水的高效处理。
发明内容
针对现有材料和技术的不足，本发明公开一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，此功能化氧化石墨烯/聚苯胺复合膜，制备工艺简单，成本低，且净化效果良好。
为实现以上技术特点，本发明通过以下方式实现。
本发明所述的复合膜包括基体、功能化氧化石墨烯以及枝接在膜表面的聚苯胺。
本发明所述的基体的材料为高分子材料、无机非金属材料和金属材料。
本发明所述的功能化方法为利用二胺交联、重氮盐官能化，羧基官能化和羟基官能化等。
本发明所述的二胺包含乙二胺、苯二胺、丙二胺以及其它二胺。
本发明所述的制备方法为将功能化氧化石墨烯制备成膜，随后将其浸入苯胺和过硫酸铵的混合酸溶液，反应一定时间，取出，清洗表面聚苯胺，即可得到功能化氧化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜。
本发明所述的功能化氧化石墨烯在基体的负载量为30mg/m2-1500mg/m2。
本发明所述的成膜方法为喷涂法，涂布法，压滤法或抽滤法。
本发明所述的酸溶液包括盐酸、硫酸、磷酸或高氯酸等。
本发明所述的酸溶液浓度为0.5mol/L-2mol/L。
本发明所述的浸泡时间需大于等于6h。
具有以下优点：
1.本发明提供一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，氧化石墨烯表面含有大量官能团，通过利用二胺进行交联，提高其在水中的结构稳定性，且二胺对氧化石墨烯具有一定的还原作用，能够减少氧化石墨烯表面的羟基，羧基以及羰基的数量，减小其在水中的层间距，而在功能化石墨烯表面枝接的聚苯胺在水中带正电，对水中带正电荷的重金属离子具有排斥作用，对带负电荷的污染物具有吸附作用，可有效提高氧化石墨烯膜对污染物的截留率。
2.本发明提供一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，制备工艺简单，无论是功能化氧化石墨烯还是聚苯胺的合成以及复合膜的制备均是在水溶中进行，无有毒溶剂，绿色环保，且每平方米复合膜需要的功能化氧化石墨烯和聚苯胺用量较少，生产成本较低。
具体实施方式
为进一步阐述本发明，下面给出实施例来说明，在下属实例中，提供了本发明若干实施方式和组成，然而本发明并不局限于采用下述方式实施，本领域技术人员在理解本发明的基础上对本发明所进行的变更、替换、改进依旧属于本发明的保护范围。
实施例1：
将氧化石墨烯溶液与二胺溶液溶于水中，超声分散，通过涂布的方法将乙二胺交联的氧化石墨烯附着在混合纤维素酯上，负载量为30mg/m2，将其浸泡在苯胺和过硫酸铵的盐酸溶液中，浸泡时间为6h，去除未枝接的聚苯胺，即得到氧化石墨烯/聚苯胺复合膜。复合膜的水通量为97L/(m2·h)，对0.05mol/L的铜离子的渗透通量为94L/(m2·h)，截留率可达62％，对亚甲基蓝的渗透通量为71L/(m2·h)截留率为90％。
实施例2：
利用对氨基苯磺酸对氧化石墨烯进行功能化改性，通过涂布的方法将功能化的氧化石墨烯附着在混合纤维素酯上，负载量为100mg/m2，将其浸泡在苯胺和过硫酸铵的盐酸溶液中，浸泡时间为8h，去除未枝接的聚苯胺，即得到氧化石墨烯/聚苯胺复合膜。复合膜的水通量为63L/(m2·h)，对0.05mol/L的铜离子的渗透通量为55L/(m2·h)，截留率可达49％，对亚甲基蓝的渗透通量为43L/(m2·h)截留率为94％。
实施例3：
利用对丁二胺对氧化石墨烯进行功能化改性，通过涂布的方法将功能化的氧化石墨烯附着在混合纤维素酯上，负载量为100mg/m2，将其浸泡在苯胺和过硫酸铵的盐酸溶液中，浸泡时间为12h，去除未枝接的聚苯胺，即得到氧化石墨烯/聚苯胺复合膜。复合膜的水通量为93L/(m2·h)，对0.05mol/L的铜离子的渗透通量为82L/(m2·h)，截留率可达39％，对亚甲基蓝的渗透通量为76L/(m2·h)截留率为83％。

Claims (10)

1.一种功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于，所述的复合膜包括基体、功能化氧化石墨烯以及枝接在膜表面的聚苯胺。
2.根据权利要求1所述的功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的基体的材料为高分子材料、无机非金属材料和金属材料。
3.根据权利要求1所述的功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的功能化方法为利用二胺交联、重氮盐功能化，羧基功能化和羟基功能化等。
4.根据权利要求3所述的功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的二胺包含乙二胺、苯二铵、丙二胺以及其它二胺。
5.根据权利要求1所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的制备方法为将功能化氧化石墨烯制备成膜，随后将其浸入苯胺和过硫酸铵的混合酸溶液，反应一定时间，取出，清洗表面聚苯胺，即可得到功能化氧化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜。
6.根据权利要求5所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的功能化氧化石墨烯在基体的负载量为30mg/m2-1500mg/m2。
7.根据权利要求5所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的成膜方法为喷涂法，涂布法，压滤法或抽滤法。
8.根据权利要求5所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的酸溶液包括稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸或稀高氯酸等。
9.根据权利要求5所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的酸溶液浓度为0.5mol/L-2mol/L。
10.根据权利要求5所述功能化石墨烯/聚苯胺复合过滤膜及制备方法，其特征在于所述的浸泡时间需大于等于6h。
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