[发明专利]一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜的制备方法。

背景技术

由于淡水资源日已枯竭，海水淡化技术正越来越受重视。其中膜分离技术尤其是新型膜分离技术正受到科学家们的广泛关注。其中，正渗透技术是近年来发展起来的一种膜分离技术，是一种依靠溶液渗透压作为驱动力达到目标溶液分离的一项技术。其特点在于不用外加压力即可达到目标体系的分离，抗污染能力强、常温常压下即可操作，是一种节能环保、可持续发展的分离方式。

正渗透膜作为一种选择性透过膜，是正渗透分离技术的基础。正渗透过程中，水通过正渗透膜从高水化学势一侧向低水化学势一侧传递（即渗透压的不同），而水分子之外的溶解物质被截留在原料液一侧（即高水化学势一侧），从而实现了水的分离。正渗透膜不仅需要厚度尽量薄，以便让原料液接近驱动溶液，保持高渗透压；同时也需要足够强韧，可抵抗渗透产生的水流压力。因此合成适用于正渗透分离的正渗透膜是至关重要的，其中选择合适的膜材料尤为重要。目前，正渗透膜尚处于研发阶段，目前全球只有美国Hydration Technology Innovations（HTI）公司能够商业化生产醋酸纤维素正渗透平板膜，但是这种商业化生产醋酸纤维素正渗透平板膜存在纯水渗透通量低、盐渗透通量高和机械强度差的问题。

发明内容

本发明要解决现有方法制备的正渗透膜存在纯水渗透通量低、盐渗透通量高和机械强度差的问题，而提供一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法。

一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，其特征在于石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法是按以下步骤进行的：

一、制备超滤基膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置得到质量分数为18%～25%的聚合物溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%～25%的聚合物溶液制成超滤基膜；

二、制备吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液：首先氧化石墨烯超声分散于乙醇中，得到质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液，加入还原剂，反应2h～4h，得到石墨烯/乙醇溶液，然后加入吡咯，混匀后得到吡咯-乙醇/石墨烯溶液；所述加入的还原剂与质量分数为0.01%～0.5%的氧化石墨烯/乙醇分散液的质量比为1:(1～100)；所述的吡咯-乙醇/石墨烯溶液中吡咯的质量分数为0.5%～20%；

三、配置强氧化剂溶液：配置浓度为0.05mol·L^-1～2mol·L^-1的强氧化剂溶液；

四、制备含有吡咯的超滤基膜：将步骤一制备的超滤基膜浸入步骤二得到的吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中，浸泡10min～100min，然后取出，晾干后得到含有吡咯的超滤基膜；

五、氧化处理：将步骤四得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤三得到的浓度为0.05mol·L^-1～2mol·L^-1的强氧化剂溶液中，浸泡10min～1440min，取出后得到石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜。

本发明优点：一、本发明利用氧化石墨烯还原制备石墨烯，首先利用超声方法将氧化石墨烯分散到乙醇中，剥离成为单层分子，然后进行还原生成单层分子的石墨烯，当浸入超滤基膜时，石墨烯引入到超滤基膜中，大幅度增加超滤基膜的机械性能超滤基膜，经拉伸强度测试，超滤基膜的拉伸强度从4MPa～8MPa提升至12MPa～18MPa；二、本发明加入吡咯，吡咯与氧化石墨具有π-π堆积作用，形成复合材料，且吡咯溶液在强氧化剂作用下可发生聚合，从而形成具有分离作用的表层，该反应简单、稳定，不必要对基膜进行预处理，无需加入催化剂，无需加压、封闭等条件，并且通过控制反应时间（浸泡时间）和吡咯的浓度（吡咯-乙醇/氧化石墨烯溶液中吡咯的质量分数）达到控制选择层厚度（选择层厚度为小于100nm）的目的，进而控制纯水渗透通量与盐的渗透通量；三、本发明制备的石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜以石墨烯/聚吡咯作为选择层，机械强度高（拉伸强度达12MPa～18MPa）、纯水渗透通量大和盐类渗透通量小，适用于海水脱盐等正渗透分离领域。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种石墨烯/聚吡咯复合正渗透膜的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、制备超滤基膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置得到质量分数为18%～25%的聚合物溶液，然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%～25%的聚合物溶液制成超滤基膜；