[发明专利]功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的制备及催化再生

说明书

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，特别涉及一种聚醚砜超滤膜的改性及其催化再生方法。

背景技术

制备超滤膜的材料很多，早期的超滤膜以醋酸纤维酯为材料。这种材料价格低，成膜性能好，至今仍有重要的用途。非醋酸纤维素超滤膜材料有聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和高分子电解质等等。

聚醚砜(PES)是20世纪70年代开发出的一种热塑性高分子材料，具有很好的化学稳定性、耐高温、耐强酸强碱、抗氧化和抗溶剂等性能，近年来广泛地应用于水处理等方面。目前聚醚砜(PES)超滤膜已经实现工业化生产。但聚醚砜(PES)膜疏水性强，在处理水基体系时膜的阻力大、通量小，且易被污染，必须通过亲水化改性来提高膜的抗污染能力和降低膜过程运行的动力消耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚醚砜超滤膜亲水性差、通量低、污染后清洗恢复效率低的问题，对聚醚砜超滤膜进行改性，提供一种功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的制备及催化再生方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：将负载了四氧化三钴的氧化石墨烯和致孔剂用超声波分散在有机溶剂中，在所得的分散液中加入聚醚砜，在75-85℃条件下搅拌溶解，静置脱泡，得到铸膜液；在室温，环境湿度为50-55％的条件下，将铸膜液刮制成液态薄膜，然后放入10-25℃的水浴中，待薄膜脱落后，取出，洗涤，浸泡，冷冻干燥，即得功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜。

优选地，所述的铸膜液中负载了四氧化三钴的氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.1～2.0％，四氧化三钴的负载量为50％-70％。

优选地，所述的有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。

优选地，所述的铸膜液中聚醚砜的质量百分比浓度为15％～20％。

优选地，所述的致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述的铸膜液中致孔剂的质量百分比浓度为2％～5％。

优选地，所述的超声波分散的时间为2-3h。

优选地，所述的搅拌溶解的时间3-5h，静置脱泡的时间为0.5-1.5h。

优选地，所述的将铸膜液刮制成液态薄膜是采用平板刮膜机刮制成液态薄膜。

优选地，所述的液态薄膜的厚度为60～340μm。

优选地，所述的洗涤为蒸馏水洗涤，浸泡为在50vol％的甘油水溶液中浸泡。

优选地，所述的液态薄膜的制作方法为：将洁净的刮膜板、平板刮膜机面板和铸膜液的温度保持一致，设置好刮膜厚度和刮膜速度，刮膜厚度为60～340μm，刮膜速度为3000～5000mm/min，将配制好的铸膜液倾倒在刮膜板的一端，启动刮膜机刮制成液态薄膜。

优选地，所述的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的厚度为60-340μm，0.1MPa压力下纯水通量为100～700L·m^-2·h^-1，截留率为90-99％。

本发明还提供了上述的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的制备方法所制备的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的催化再生方法，其特征在于，具体步骤包括：将运行一段时间的超滤膜用纯水反冲洗15～20分钟，反冲洗工作压力为0.15～0.2MPa；将反冲洗后的超滤膜取出，浸泡至浓度为2～5mM的单过硫酸氢盐溶液中，曝气搅拌10～30分钟，得到再生的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜。

优选地，所述的单过硫酸氢盐为PMS。

优选地，所述的将超滤膜浸泡至浓度为2～5mM的单过硫酸氢盐溶液的过程中，同时进行曝气搅拌，时间为10～30分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明工艺简单，成本低，易于工业化；

(2)本发明制备的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜的亲水性、水通量、耐污染性能较现有聚醚砜超滤膜显著增强；

(3)本发明制备的功能化氧化石墨烯/聚醚砜共混超滤膜具有催化氧化功能，能催化活化单过硫酸氢盐溶液产生具有氧化性的硫酸根自由基(SO₄^-·)，从而实现膜有机物污染后的清洗再生。

附图说明

图1为聚醚砜质量百分浓度为15wt％，聚乙烯吡咯烷酮为5％，凝胶浴温度为20℃，铸膜液温度为80℃，纯PES膜的断面结构电镜扫描图；