CN115178101A - 超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 - Google Patents
超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115178101A CN115178101A CN202110364163.8A CN202110364163A CN115178101A CN 115178101 A CN115178101 A CN 115178101A CN 202110364163 A CN202110364163 A CN 202110364163A CN 115178101 A CN115178101 A CN 115178101A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sio
- filter membrane
- water
- suspension
- preparation
- 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.)
- Pending
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 89
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 25
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 19
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 abstract description 8
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract description 4
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 abstract 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 16
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 8
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 235000012424 soybean oil Nutrition 0.000 description 2
- 239000003549 soybean oil Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/021—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
- B01D71/027—Silicium oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/14—Membrane materials having negatively charged functional groups
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本申请公开了一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，包括如下步骤：提供水及无水乙醇，混合，得到混合溶剂；在混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；向悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节悬浮液的PH；向调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。所述制备方法通过氧化石墨烯表面大量硅烷的原位水解，实现氧化石墨烯表面二氧化硅纳米颗粒的全覆盖，在滤膜内形成三维贯通的水通道，可显著提高滤膜的水通量。本申请还提供一种由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
Description
技术领域
本申请涉及材料制备和分离技术领域，尤其涉及一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法及由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
背景技术
水资源短缺是当前世界面临的最艰巨的挑战之一，而水的过滤循环再使用可以在一定程度上缓解水资源短缺。因此，目前水的过滤循环受到广泛的关注。
滤膜过滤的过滤工艺简单，在水过滤领域具有广阔的应用前景。现有的滤膜中，由氧化石墨烯(GO)制备的滤膜具有良好的亲水性及结构可控性，在水过滤领域具有极强的应用潜力。
然而，纯GO滤膜因其范德华力结合的层层堆叠结构，其层间距通仅有1nm左右，尽管GO表面具有丰富的亲水官能团，但是GO滤膜较小的层间距严重限制了其水通量(通常小于10L/m2/h/bar)。为了提高GO滤膜的水通量，需要对GO滤膜进行结构调控处理。现有的GO膜结构调控的方法一般是通过纳米点、纳米线或纳米片，如碳黑量子点、银纳米线或二氧化钛纳米片等，实现GO滤膜层间水通道的构筑。但是对水通量的提高有限，一般小于5000L/m2/h/bar，水通量仍然较低，难以适应工业化的大规模应用。
发明内容
本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，旨在解决现有技术的GO滤膜水通量小的技术问题。
本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，其包括如下步骤：
提供水及无水乙醇，混合，得到水与乙醇的混合溶剂；
在所述混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；
向所述悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节所述悬浮液的PH；
向所述调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；
提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在所述基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
优选的，所述水与所述无水乙醇的体积比的范围为(1:1)-(1:50)。
优选的，所述缓冲溶液为氨水。
优选的，所述悬浮液的PH被所述缓冲液调节至7.5-11。
优选的，所述硅烷包括硅酸四乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述GO/SiO2复合溶液中SiO2与GO的质量比的范围为(1:1)-(10:1)。
优选的，所述超声处理的功率范围为100-2000W，超声波的频率范围为10-30KHz，超声的时间范围为1-24h。
优选的，所述搅拌的时间范围为1min-2h，搅拌的速度范围为1000-3000r/min。
优选的，所述GO/SiO2复合滤膜的厚度范围为10nm-20μm。
本申请的实施例还提供一种由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜，所述GO/SiO2复合滤膜中的GO的表面被SiO2纳米颗粒全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了三维贯通的水通道。
相对于现有技术，本申请有如下优点：
本申请的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法通过氧化石墨烯表面大量硅烷的原位水解，实现了氧化石墨烯表面的SiO2纳米颗粒的全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了均匀的、三维贯通的水通道，增大了滤膜内部的孔径，可以显著的提高滤膜的水通量，提升过滤效率。
此外，由于氧化石墨烯具有显著的电负性，对于带正电荷的染料具有显著的静电吸附作用，对其它电荷或不带电荷的染料分子不具有吸附作用，且由于GO表面完全覆盖了SiO2纳米颗粒，增大了层间距，可以透过较大的染料分子，两者共同作用，使得所述GO/SiO2复合滤膜具有选择透过性。若GO表面不能完全覆盖SiO2纳米颗粒，GO的层间距不能完全打开，则不能实现选择性过滤。
进一步的，本申请的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，在制备过程中不包含静置及离心的步骤，且直接使用超声处理后制得的GO/SiO2复合滤液制备GO/SiO2复合滤膜。如此，可以完整的保留GO表面的SiO2纳米颗粒，可以有效避免GO表面原位负载SiO2被破坏而导致的SiO2纳米颗粒从GO表面分开的现象。
进一步的，与现有技术中的SiO2纳米颗粒与氧化石墨烯的机械混合方法相比，本申请的复合滤膜的制备方法能够避免SiO2纳米颗粒的团聚，且水解形成的SiO2的表面具有含氧官能团，SiO2表面的含氧官能团与氧化石墨烯GO表面的官能团发生的脱水缩合反应能够锚固SiO2纳米颗粒，从而获得结构稳定的滤膜。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例1的GO/SiO2的透射电镜图；
图2是纯GO的透射电镜图；
图3是实施例1的GO/SiO2复合滤膜的宏观图；
图4是实施例1中的大豆油/水混合物的过滤前及过滤后的图；
图5是实施例1中的亚甲基蓝溶液溶液过滤前及过滤后的吸光度曲线图；
图6是实施例1中的丁基罗丹红B溶液过滤前及过滤后的吸光度曲线图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。本发明的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
本申请较佳实施方式提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，其包括如下步骤：
步骤S1：提供水及无水乙醇，混合，得到水与乙醇的混合溶剂；
步骤S2：在所述混合溶剂中加入氧化石墨烯(GO)，搅拌，使团聚的GO分散开，达到均匀分散，得到悬浮液；
步骤S3：向所述悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节所述悬浮液的PH；
步骤S4：向所述调节PH后的悬浮液中加入能够水解形成二氧化硅(SiO2)的硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；
步骤S5：提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在所述基底上制备薄膜，得到具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
步骤S1中，所述水与所述无水乙醇的体积比的范围为(1:1)-(1:50)，在该体积比范围内既可以使硅烷溶解在乙醇中，又可以避免因水含量过高而导致硅烷加入后直接水解，进而影响最终制得的GO/SiO2复合滤膜的性能。
步骤S2中，所述悬浮液中GO的浓度范围为0.1-50mg/mL。
步骤S3中，所述缓冲溶液弱酸或弱碱。所述弱酸为硼酸，所述弱碱为氨水。所述悬浮液的PH值的范围被所述缓冲液调节至7.5-11。所述悬浮液的pH调节为碱性后，GO的亲水性下降，会导致大量GO的絮鳞从水中析出，此时进行搅拌可以使絮鳞均匀分散，防止GO团聚造成SiO2的不均匀覆盖，而影响最终制得的GO/SiO2复合滤膜的性能。
步骤S4中，所述硅烷包括但不限于硅酸四乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等可以水解得到SiO2的硅烷中的一种或几种。所述硅烷的添加量为：可以使得水解后得到的GO/SiO2复合溶液中SiO2与GO的质量比的范围为(1:1)-(10:1)，以实现SiO2对GO的全面积覆盖，进而实现三维水通道的贯通。
所述超声处理的功率范围为100-2000W，超声波的频率范围为10-30KHz，超声的时间范围为1-24h。SiO2纳米颗粒的制备是通过超声波的空化作用，使溶解在乙醇中的水产生微射流轰击GO表面，微射流的尺度很小，因此可以保证水解形成的SiO2纳米颗粒是纳米尺度的。水解反应后，SiO2表面的含氧官能团羟基与GO石墨烯表面的官能团发生脱水缩合能够在一定程度上锚定SiO2纳米颗粒。同时，所述超声功率的范围及所述硅烷添加量，可以有效的保证SiO2纳米颗粒完全覆盖GO表面。可以理解的，在超声功率较大时，超声时间可以适当降低。
步骤S2、步骤S3及步骤S4中的搅拌的时间范围为1min-2h(小时)，搅拌的速度范围为1000-3000r/min，搅拌速度太低则不能实现均匀分散，搅拌速度太高则容易导致离心作用。所述搅拌为均质搅拌，所述均质搅拌可以为机械搅拌、超声搅拌或离心搅拌。
步骤S5中，在所述基底上制备薄膜的方法可以为真空抽滤、机械刮涂、离心涂覆或悬浮液蒸发等。可以理解的，所述制备薄膜方法与GO/SiO2复合溶液中的GO的浓度有关：在GO的浓度大于5mg/mL时，可以选择机械刮涂；在GO的浓度小于5mg/mL时，可以选择真空抽滤、离心涂覆或悬浮液蒸发等除机械刮涂以外的其它方法。
所述具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的厚度范围优选为10nm-20μm。可以理解的，GO/SiO2复合滤膜的厚度越薄，滤膜的水通量越大。
所述基底为本领域常规用于GO滤膜制备的制膜基底，如纤维素水系滤膜、聚四氟乙烯水系滤膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯水系滤膜或PET等。
所述具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，通过氧化石墨烯表面大量硅烷的原位水解，实现了氧化石墨烯表面SiO2纳米颗粒的全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了均匀的、三维贯通的水通道，增大了滤膜内部的孔径，可以显著的提高滤膜的水通量，提升过滤效率。
此外，由于氧化石墨烯具有显著的电负性，对于带正电荷的染料具有显著的静电吸附作用，对其它电荷或不带电荷的染料分子不具有吸附作用，且由于GO表面完全覆盖了SiO2纳米颗粒，增大了层间距，可以透过较大的染料分子，而使得所述GO/SiO2复合滤膜具有选择透过性。若GO表面不能完全覆盖SiO2纳米颗粒，GO的层间距不能完全打开，则不能实现选择性过滤。
进一步的，本申请的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，在制备过程中不包含静置及离心的步骤，且直接使用超声处理后制得的GO/SiO2复合滤液制备GO/SiO2复合滤膜。如此，可以完整的保留GO表面的SiO2纳米颗粒，可以有效避免GO表面原位负载SiO2被破坏而导致的SiO2纳米颗粒从GO表面分开的现象。
进一步的，与现有技术中的SiO2纳米颗粒与氧化石墨烯的机械混合方法相比，本申请的复合滤膜的制备方法能够避免SiO2纳米颗粒的团聚，且水解形成的SiO2表面具有含氧官能团，SiO2表面的含氧官能团与GO表面的官能团发生的脱水缩合反应能够锚固SiO2纳米颗粒，从而获得结构稳定的滤膜。
本申请较佳实施方式还提供一种由所述具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。该具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜中的GO的表面被SiO2纳米颗粒全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了三维贯通的水通道。
所述具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜中SiO2与GO的质量比的范围为(1:1)-(10:1)。
所述具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的厚度范围优选为10nm-20μm。
下面通过具体实施例来对本发明进行具体说明，以下实施例仅是本发明的优选实施例，不是对本发明的限定。
实施例1
提供水及无水乙醇，并按照1:49的比例混合得到超纯水/无水乙醇的混合溶剂5ml；
在所述混合溶剂中加入100mg的GO，然后使用行星搅拌机以2000r/min的速度搅拌5min，得到悬浮液；
向所述悬浮液中添加氨水，使用行星搅拌机以2600r/min的速度搅拌2min，将悬浮液的pH调节至10；
然后加入2ml的浓度为100％的正硅酸四乙酯溶液，使用行星搅拌机以2000r/min的速度搅拌5min，再以2600r/min的速度搅拌2min，然后在功率为500W，振动频率为20KHz的超声波清洗机中超声处理6h，得到GO/SiO2复合溶液；
取0.5mL的GO/SiO2复合溶液与10mL的超纯水混合，通过真空抽滤的方法在纤维素水系滤膜的表面制备GO/SiO2复合滤膜。
将本实施例的GO/SiO2复合溶液干燥后，在透射电镜下观察本实施例的GO/SiO2，GO/SiO2的透射电镜图参见图1。图2为纯GO的透射电镜图。由图1和图2的对比可知，本实施例的GO/SiO2中的GO表面被粒径30nm左右的SiO2纳米颗粒完全覆盖。
本实施例的GO/SiO2复合滤膜的宏观图参见图3。由图3可知，本实施例的GO/SiO2复合溶液经过真空抽滤后可直接成膜，成膜方法简单。
对本实施例的GO/SiO2复合滤膜的水通量进行测试，结果本实施例的GO/SiO2复合滤膜的水通量最高可达30931.52L/m2/h/bar。
使用本实施例制备得到的GO/SiO2复合滤膜对大豆油/水混合物进行过滤，可以实现油水分离，油水分离时的水通量高达17283.87L/m2/h/bar，去油率超过了95％。大豆油/水混合物过滤前及过滤后的图参见图4。
使用本实施例制备得到的GO/SiO2复合滤膜过滤亚甲基蓝溶液、丁基罗丹红B溶液。对亚甲基蓝溶液及丁基罗丹红B溶液过滤前及过滤后的吸光度进行检测，检测结果分别参见图5及图6。
由图5及图6可知，本实施例制备的GO/SiO2复合滤膜对带正电的亚甲基蓝及丁基罗丹红B的去除率达100％。
使用本实施例制备得到的GO/SiO2复合滤膜过滤甲基橙溶液，结果GO/SiO2复合滤膜对带负电荷的甲基橙的去除率基本为0。
可见，本实施例的GO/SiO2复合滤膜既可以实现超高水通量的油水分离，又对染料等大分子具有电荷选择透过性。
实施例2
提供水及无水乙醇，并按照1:19的比例混合得到超纯水/无水乙醇的混合溶剂100ml；
在所述混合溶剂中加入500mg的GO，然后以1000r/min的速度磁悬浮搅拌20min，得到悬浮液；
向所述悬浮液中添加氨水，将悬浮液的pH调节至9；
然后加入1.5ml的浓度为100％的乙烯基三甲氧基硅烷，以2000r/min的速度磁悬浮搅拌2h，然后在功率为1000W，振动频率为30KHz的超声波清洗机中超声处理3h，得到GO/SiO2复合溶液；
取2mL的GO/SiO2复合溶液与10mL的超纯水混合，通过悬浮液蒸发的方法，在60℃的水浴环境下，在聚四氟乙烯水系滤膜的表面制备GO/SiO2复合滤膜。
对本实施例的GO/SiO2复合滤膜的水通量进行测试，结果本实施例的GO/SiO2复合滤膜的水通量最高可达4159.34L/m2/h/bar。
实施例3
提供水及无水乙醇，并按照1:29的比例混合得到超纯水/无水乙醇的混合溶剂60ml；
在所述混合溶剂中加入600mg的GO，然后使用行星搅拌机以3000r/min的速度搅拌30min，得到悬浮液；
向所述悬浮液中添加氨水，将悬浮液的pH调节至11；
然后加入10ml的浓度为100％的乙烯基三乙氧基硅烷，使用行星搅拌机以3000r/min的速度磁悬浮搅拌30min，然后在功率为1800W，振动频率为20KHz的超声波清洗机中超声处理12h，得到GO/SiO2复合溶液；
使用所述GO/SiO2复合溶液通过机械刮涂的方法，以刮涂厚度为1cm，在PET的表面刮涂制膜，随后在60℃的烘箱内烘干，得到GO/SiO2复合滤膜。
以上对本申请实施例所提供的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，其包括如下步骤：
提供水及无水乙醇，混合，得到水与乙醇的混合溶剂；
在所述混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；
向所述悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节所述悬浮液的PH；
向所述调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；
提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在所述基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水与所述无水乙醇的体积比的范围为(1:1)-(1:50)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液为硼酸或氨水氨水。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述悬浮液的PH被调节至7.5-11。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅烷包括硅酸四乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述GO/SiO2复合溶液中SiO2与GO的质量比的范围为(1:1)-(10:1)。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超声处理的功率范围为100-2000W，超声波的频率范围为10-30KHz，超声的时间范围为1-24h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述搅拌的时间范围为1min-2h，搅拌的速度范围为1000-3000r/min。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述GO/SiO2复合滤膜的厚度范围为10nm-20μm。
10.一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜，其特征在于：所述GO/SiO2复合滤膜由权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得，所述GO/SiO2复合滤膜中的GO的表面被SiO2纳米颗粒全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了三维贯通的水通道。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110364163.8A CN115178101A (zh) | 2021-04-04 | 2021-04-04 | 超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110364163.8A CN115178101A (zh) | 2021-04-04 | 2021-04-04 | 超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115178101A true CN115178101A (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=83511883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110364163.8A Pending CN115178101A (zh) | 2021-04-04 | 2021-04-04 | 超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115178101A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160310908A1 (en) * | 2013-12-10 | 2016-10-27 | University Of South Carolina | Ultrathin, graphene-based membranes for water treatment and methods of their formation and use |
| CN108862265A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-23 | 深圳大学 | 一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法 |
| CN111036082A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-21 | 南昌航空大学 | 一种氧化石墨烯/TiO2复合膜的制备方法 |
-
2021
- 2021-04-04 CN CN202110364163.8A patent/CN115178101A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160310908A1 (en) * | 2013-12-10 | 2016-10-27 | University Of South Carolina | Ultrathin, graphene-based membranes for water treatment and methods of their formation and use |
| CN108862265A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-23 | 深圳大学 | 一种氧化石墨烯-纳米二氧化硅复合材料及其制备方法 |
| CN111036082A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-21 | 南昌航空大学 | 一种氧化石墨烯/TiO2复合膜的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DU YINGCHEN ET AL.: "Preparation of graphene oxide-silica hybrid composite membranes and performance studies in water treatment", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE》, vol. 55, no. 25, pages 11188 - 11202, XP037163057, DOI: 10.1007/s10853-020-04774-5 * |
| LI ZHONGKUN ET AL.: "Preparation and properties of PVDF/SiO2@GO nanohybrid membranes via thermally induced phase separation method", 《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》, vol. 511, pages 151 - 161 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106492646B (zh) | 一种用于优先透醇渗透汽化的介孔二氧化硅杂化膜的制备方法 | |
| CN107915853A (zh) | 一种纳米纤维素/石墨烯复合柔性薄膜及其制备方法与应用 | |
| CN106830168B (zh) | 一种高效去除水中重金属离子和有机物的方法 | |
| CN107790075B (zh) | 一种核-壳-壳结构的磁性介孔SiO2纳米粒子的制备方法 | |
| CN107583469A (zh) | 含氨基改性纳米粒子的聚酰胺复合纳滤膜的制备方法 | |
| CN106178979A (zh) | 高性能二维层状Ti3C2‑MXene膜及其制备方法与在水处理中的应用 | |
| CN103599705B (zh) | 一种超声浸渍制备有机/无机杂化膜的方法 | |
| CN103657456B (zh) | 一种优先透醇聚倍半硅氧烷/硅橡胶复合膜的制备方法 | |
| CN106422423A (zh) | 一种超疏水金属丝网及其制备方法 | |
| CN105924677A (zh) | 一种静电自组装制备埃洛石-白炭黑杂化填料的方法 | |
| CN109289544B (zh) | 一种制备二维蒙脱石/纤维素复合过滤膜的方法 | |
| CN102824856B (zh) | 一种自组装技术原位生成无机纳米粒子杂化膜的制备方法 | |
| CN107138048B (zh) | 一种高性能氧化石墨烯/埃洛石纳米管复合水油分离膜的制备方法 | |
| US20180094181A1 (en) | Composite material and production method thereof, and heat conductive material | |
| CN108298557A (zh) | 外侧含有亲油基团内侧含有亲水基团的双亲分子筛及其制备方法 | |
| CN102151501A (zh) | 一种有机-无机纳米复合分离膜的制备方法 | |
| CN111170289A (zh) | 一种大规模制备疏水型六方氮化硼纳米片的方法 | |
| CN107824198A (zh) | 一种负载纳米金的磁性纳米催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN112403292A (zh) | 油水分离复合膜及其制备方法 | |
| CN111346517B (zh) | 一种复合交联氧化石墨烯膜、制备方法及其应用 | |
| CN110980737A (zh) | 一种碳化硅微粉表面硅烷化的改性方法及改性碳化硅微粉 | |
| CN109772183B (zh) | 一种阴离子化合物插层g-C3N4复合膜的制备方法及其应用 | |
| CN115178101A (zh) | 超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法 | |
| JP2018188614A (ja) | エポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料及びその製造方法 | |
| CN108079798B (zh) | 一种基于纳米类水滑石的超亲水有机膜制备方法 |
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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: He Daping Inventor after: Fu Huaqiang Inventor after: Zhang Zixin Inventor after: Qian Wei Inventor before: Qian Wei Inventor before: Fu Huaqiang Inventor before: Tang Jiajie Inventor before: Chen Pengfei Inventor before: Wang Chen |