CN107252635A - 一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法 - Google Patents

一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，包括以下步骤：制备氧化石墨烯；合成溴化聚苯醚膜；将氧化石墨烯与交联剂混合，超声，然后过滤到溴化聚苯醚膜上，然后将混合膜放在水浴锅蒸汽中，得到氧化石墨烯膜。本方法大大提高了所合成氧化石墨烯膜的稳定性，GO与BPPO基质之间以及GO与EDA之间均有交联，可以较好地解决氧化石墨烯膜在水中容易分散的问题，还能解决氧化石墨烯膜合成方法复杂的问题。本方法是一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，所得氧化石墨烯膜适用于环境污染的处理，尤其适用于水处理。

Description

一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯膜合成方法，所得高稳定性氧化石墨烯复合膜尤其适用于水处理。
背景技术
氧化石墨烯具有单原子层厚度，片状结构，及水在氧化石墨烯的非氧化区域无阻力光滑迁移等内在性质，这些内在性质使得氧化石墨烯更适合应用在膜科学领域。同时由于氧化石墨烯纳米片在水中容易分散，这也给氧化石墨烯膜在水处理中应用带来新的挑战--稳定性问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，操作方法简单且所得复合膜稳定性较高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，包括以下步骤：
步骤a，制备氧化石墨烯；
步骤b，合成溴化聚苯醚膜；
步骤c，将氧化石墨烯与交联剂混合，超声，然后过滤到溴化聚苯醚膜上，然后将混合膜放在水浴锅蒸汽中，得到氧化石墨烯膜。
优选的，所述步骤a中，采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯。
优选的，所述步骤b中，用相反转方法合成溴化聚苯醚膜。
优选的，所述步骤b中，合成的溴化聚苯醚膜的厚度为50～80μm。
优选的，所述步骤c中，交联剂为乙二胺。
优选的，所述步骤c中，氧化石墨烯与乙二胺的质量比为1/1800～1/180。
优选的，所述步骤c中，超声30分钟。
优选的，所述步骤c中，将氧化石墨烯与交联剂的混合液过滤到溴化聚苯醚膜上的方式为真空抽滤。
优选的，所述步骤c中，将混合膜放在80℃的水浴锅蒸汽中4小时。
有益效果：本发明通过改变交联剂乙二胺EDA的含量来调控溴化聚苯醚BPPO与乙二胺EDA之间以及氧化石墨烯GO与乙二胺EDA之间的交联，以制备出高稳定性的氧化石墨烯膜。本方法大大提高了所合成氧化石墨烯膜的稳定性，有效解决氧化石墨烯膜在水中容易分散的问题，还能解决氧化石墨烯膜合成方法复杂的问题。主要优点：
1.本发明所使用的EDA交联剂，不仅能使GO与GO片层交联，GO与BPPO基质膜也有交联，所得复合膜在水处理应用中的稳定性较高。
2.本发明所采用的压力自组装过滤膜和水浴加热方法，操作方便简单。
附图说明
图1为本发明的合成方法示意图；
图中：1-氧化石墨烯和交联剂混合液，2-溴化聚苯醚膜，3-真空抽滤，4-水蒸气，5-高稳定性氧化石墨烯膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，包括以下步骤：
步骤a，采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯(GO)；具体步骤为：
第一步：称量2.5g石墨和1.25g硝酸钠，用搅拌器将它们混合在500mL广口玻璃瓶中，玻璃瓶放在冰水浴中，搅拌10分钟；
第二步：将60mL硫酸缓慢加入玻璃瓶伴随着剧烈搅拌，30分钟以后，将7.5g高锰酸钾加入到玻璃瓶中，搅拌2小时，然后将冰水浴去掉，将上述混合物在室温下搅拌12小时；
第三步：加入135mL去离子水和25mL双氧水，继续搅拌，当混合液冷却后得到浅黄色液体，即为初步得到的氧化石墨烯(GO)，而后用盐酸和去离子水清洗。经盐酸洗涤后的GO装进透析袋，每6小时更换一次蒸馏水，然后将透析后的产物用离心机清洗，先是用5000rpm的速度离心20分钟，去除上部清水和底部黑色沉淀，得到棕色粘性的GO，洗3遍后用8000rpm高速离心清洗。干燥的GO样品是用冷冻干燥机干燥。
步骤b，用相反转方法合成溴化聚苯醚(BPPO)膜；
将3g溴化聚苯醚(BPPO)溶解在17gN-甲基吡咯烷酮(NMP)中，室温搅拌24小时得到匀质的混合液，然后静置12小时。将配置好的BPPO/NMP铸膜液倒在干净的玻璃板上，用刮膜刀(厚度为250mm)刮出厚度均匀的液体膜，然后立刻将此膜垂直放在DI水凝固浴中。静置24小时以后，这些膜被转移到新的DI水中储存备用。所得BPPO膜厚度为60μm。
步骤c，将氧化石墨烯(GO)与乙二胺(EDA)按照质量比1:1800混合，超声30分钟，然后真空抽滤到溴化聚苯醚膜上，将混合膜放在80℃的水浴锅蒸汽中4小时，得到高稳定性氧化石墨烯复合膜。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：步骤b中，所得BPPO膜厚度为50μm；步骤c中，将氧化石墨烯(GO)与乙二胺(EDA)按照质量比1:800混合；其他步骤均与实施例1相同。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：步骤b中，所得BPPO膜厚度为80μm；步骤c中，将氧化石墨烯(GO)与乙二胺(EDA)按照质量比1:180混合；其他步骤均与实施例1相同。
实施例4
将上述实施例1-3所得高稳定性氧化石墨烯膜用于含盐废水处理，废水中NaCl、Na2SO4和MgSO4的浓度均为2000ppm。膜通量为3.14-284L/m2.h.bar，对NaCl、Na2SO4和MgSO4的截盐率高达为56.2％、48％和36.3％。
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 (9)

1.一种高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a，制备氧化石墨烯；
步骤b，合成溴化聚苯醚膜；
步骤c，将氧化石墨烯与交联剂混合，超声，然后过滤到溴化聚苯醚膜上，然后将混合膜放在水浴锅蒸汽中，得到氧化石墨烯膜。
2.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤a中，采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤b中，用相反转方法合成溴化聚苯醚膜。
4.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤b中，合成的溴化聚苯醚膜的厚度为50～80μm。
5.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤c中，交联剂为乙二胺。
6.根据权利要求5所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤c中，氧化石墨烯与乙二胺的质量比为1/1800～1/180。
7.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤c中，超声30分钟。
8.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤c中，将氧化石墨烯与交联剂的混合液过滤到溴化聚苯醚膜上的方式为真空抽滤。
9.根据权利要求1所述的高稳定性氧化石墨烯膜合成方法，其特征在于：所述步骤c中，将混合膜放在80℃的水浴锅蒸汽中4小时。
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