CN111085114A - 一种海水淡化膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含碳海水淡化膜，所述海水淡化膜采用纳米氧化铝多孔膜为模板，在空隙中制备部分还原的石墨烯而成，该薄膜能够允许水分子通过，但是海水中的钠离子、钙离子、镁离子等通过率极低，脱盐的效率高。

Description

一种海水淡化膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及离子分离领域，具体涉及一种海水淡化膜及其制备方法和应用。
背景技术
海水淡化这一课题具有重要的理论与实用价值。在一些海岛上，淡水的供应是一个大问题，直接影响到战士的生存、驻军的数量。目前海水淡化主要还是基于蒸馏的技术，直接采用薄膜制备淡水的技术在工业上还不成熟。
采用薄膜反渗透技术进行海水淡化一直是人们的追求目标，因为这种方法成本低、灵活、能耗低。但是，目前薄膜反渗透技术中广泛使用的是有机聚胺膜，其耐化学性差、寿命短，过滤效果不高，限制了薄膜反渗透技术的发展。
发明内容
发明目的：为了实现低成本高效率地从海水中提取淡水，本发明所要解决的技术问题是提供了一种海水淡化膜及其制备技术。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种含碳海水淡化膜的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种海水淡化膜，所述海水淡化膜采用纳米氧化铝多孔膜为模板，在孔隙中制备部分氧化的石墨烯。其中氧化铝膜的孔径为10nm～80nm。
其中，上述复合膜的厚度为100nm～100μm。
上述的海水淡化膜的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS、Fe2Cl的水溶液均匀混合；
2）以多孔氧化铝膜为载体，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS、Fe2Cl的溶液在负压下脱水、并填充进入氧化铝的空隙中，所述多孔氧化铝膜的孔径为10-80纳米；
3）将上述复合膜在30～60℃条件下干燥4～24h；
4）通过紫外光照射 1～24小时，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，检测复合膜中的Fe刚好全变成+3价，则停止紫外光照，得到海水淡化膜。
其中，上述氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L，Fe2Cl的水溶液体积质量浓度为10～80mg/L。
其中，上述氧化石墨烯、CdS的质量比为 1：0.1～0.2。
上述的海水淡化膜在海水淡化方面的应用。本发明的海水淡化膜可以用于各种盐的脱除，特别适合应用在海水淡化领域。
本发明采用纳米氧化铝膜作为模板、采用Fe元素作为指示剂、将氧化石墨烯部分氧化，制备得到海水淡化膜。采用纳米氧化铝作为模板，一方面可以起到支撑作用，另一方面可以产生纳米尺寸效应。含碳复合层中的CdS作为光敏催化剂，在紫外光的照射下可以产生电子-空穴对，部分地还原氧化石墨烯，使之产生一种能够允许水分子通过但是能够隔离钠、镁、钾、钙等等离子的通道。这样可以起到海水淡化的效果。不过，只有调控出大小合适的通道尺寸，才能带来较好的过滤效果，这要求氧化石墨烯的还原过程要恰到好处，而Fe元素正好在这里起到控制还原过程“火候”的作用。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的薄膜能够产生恰当的通道，允许水分子通过，但是海水中的钠离子、钙离子、镁离子等通过率极低。本发明脱盐的效率高，去除率在99%以上，高于现有技术，实用性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的举例说明。
实施例1：海水淡化膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS、Fe2Cl的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为50mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为5mg/L；Fe2Cl的水溶液体积质量浓度为10mg/L；氧化石墨烯、CdS、Fe2Cl的质量比为 1 ：0.15：0.02，搅拌均匀；
2）以平均孔径为50纳米的纳米氧化铝膜为模板，采用真空抽滤法使上述溶液在负压下脱水，并填充进入在氧化铝膜中的纳米孔中；
3）将复合膜在40℃条件下干燥24h；
4）通过紫外光照射12小时，采用XPS测量2价的Fe刚好完全消失，停止光照，最终得到海水淡化膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.4%，去除钠的效果为99.6%。
实施例2：海水淡化膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS、Fe2C的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5mg/L， CdS的水溶液体积质量浓度为10mg/L；Fe2Cl的水溶液体积质量浓度为30mg/L；氧化石墨烯、CdS、、Fe2Cl的质量比为 1：0.2：0.03，搅拌均匀；
2）以平均孔径为70纳米的纳米氧化铝膜为模板，采用真空抽滤法使上述溶液在负压下脱水，并填充进入在氧化铝膜中的纳米孔中；
3）将复合膜在40℃条件下干燥24h；
4）通过紫外光照射15小时，采用XPS测量2价的Fe刚好完全消失，停止光照，最终得到厚度为100纳米的海水淡化膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.2%，去除钠的效果为99.3%。
实施例3：海水淡化膜的制备
1） 将氧化石墨烯的水溶液、CdS、Fe2C的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为25mg/L，CdS的水溶液体积质量浓度为20mg/L；Fe2Cl的水溶液体积质量浓度为20mg/L；氧化石墨烯、CdS、Fe2Cl的质量比为 1：0.1：0.03，搅拌均匀；
2）以平均孔径为80纳米的纳米氧化铝膜为模板，采用真空抽滤法使上述溶液在负压下脱水，并填充进入在氧化铝膜中的纳米孔中；
3）将复合膜在40℃条件下干燥24h；
4）通过紫外光照射17.5小时，采用XPS测量2价的Fe刚好完全消失，停止光照，最终得到厚度为100纳米的海水淡化膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.6%，去除钠的效果为99.3%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种海水淡化膜，其特征在于，所述海水淡化膜采用纳米氧化铝多孔膜为模板，在空隙中制备部分还原的石墨烯，该海水淡化膜中含有CdS与Fe。
2.根据权利要求1所述的海水淡化膜，其特征在于，该海水淡化膜中氧化铝膜的孔径为10nm～80nm。
3.根据权利要求1所述的的海水淡化膜，其特征在于，该海水淡化膜制备过程中使用了Fe2Cl。
4.权利要求1~3任一项所述的海水淡化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将氧化石墨烯的水溶液、CdS、Fe2Cl的水溶液均匀混合；
2）以多孔氧化铝膜为载体，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CdS、Fe2Cl的溶液在负压下脱水、并填充进入氧化铝的空隙中，所述多孔氧化铝膜的孔径为10-80纳米；
3）将上述复合膜在30～60℃条件下干燥4～24h；
4）通过紫外光照射 1～24小时，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，检测复合膜中的Fe刚好全变成+3价，则停止紫外光照，得到海水淡化膜。
5.根据权利要求5所述的海水淡化膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L， CdS的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L，Fe2Cl的水溶液体积质量浓度为10～80mg/L。
6.根据权利要求5所述的海水淡化膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、CdS的质量比为 1 ：0.1～0.2。
7.权利要求1~3任一项所述的海水淡化膜在海水淡化方面的应用。
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