[发明专利]一种添加石墨烯量子点的正渗透膜制备方法、所制备的正渗透膜以及该膜的应用

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种添加石墨烯量子点的正渗透膜制备方法、所制备的正渗透膜以及该膜的应用。

背景技术

近年来，淡水资源匮乏已成为制约社会进步和经济发展的瓶颈。由于地球上海水资源极为丰富，海水淡化已成为解决水资源危机的战略选择，膜分离获得清洁淡水成为越来越多科学家研究的方向。

反渗透海水淡化已成为最重要的海水淡化技术之一，但其操作压力高、能量消耗大、膜使用寿命较短、水回收率较低，这些缺点制约了反渗透法海水淡化的发展空间，使之遇到了发展的瓶颈。正渗透(forwardosmosis，FO)是一种利用渗透压差作为驱动力膜分离技术，它具有低能耗，低膜污染，高水通量，高盐截留率的特点。理论上，通过采用高渗透压的驱动溶液可以获得更大的水通量，然而实验中发现实际通量远小于理论值，这是由于正渗透过程中存在严重的内浓差极化现象。

界面聚合法是现在常用的制膜方法之一。界面聚合是利用两种反应活性很高的单体在两个互不相溶的溶剂界面处发生聚合反应，形成致密复合层。但是常规的界面聚合法制备的膜仍然存在严重的浓差极化问题。

为了开发出性能更优异的高分子纳滤膜材料，在界面聚合中引入无机纳米复合材料并利用其物理交联作用，制备出新型的有机无机杂化膜，成为近年来的研究热点。如，利用纳米TiO₂、介孔SiO₂，MOFs(MetalOrganicFrameworks)等作为纳米单元。但是，添加上述材料的有机无机杂化膜在反向盐通量以及内浓差极化等方面仍然存在显著的缺陷，因此开发一种新的正渗透膜的制备方法仍然是所属技术领域的重要挑战。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术中正渗透膜反向盐通量较高，内浓差极化问题严重的技术问题，提出一种基于界面聚合技术的添加石墨烯量子点的正渗透膜的制备方法，所制备的膜具有较高的水通量与盐截留作用，从整体上提高了膜的性能。

一方面，本发明以超滤膜为基膜，利用界面聚合技术制备正渗透膜，本发明的技术方案如下。

一种添加石墨烯量子点的正渗透膜的制备方法，包括如下步骤，

步骤一：水相单体溶液的制备

将一定量的高分子聚合物胺或小分子二胺溶于去离子水中，加入一定量的石墨烯量子点纳米颗粒，搅拌均匀，制成水相单体溶液；

步骤二：有机相溶液的制备

将一定量的多元酰氯溶于有机溶剂中，制成有机相溶液；

步骤三：界面聚合反应

将基膜浸泡在水相单体溶液中5-60min，取出在空气中晾干膜表面的水相单体溶液；将晾干后的膜浸入有机相溶液中10-120s，发生界面聚合反应，形成复合层；将界面聚合后的膜在50-90℃下热处理5-30min，除去有机溶剂并促进界面聚合反应完全。

优选的，本发明所述的高分子聚合物胺为聚乙烯亚胺，小分子二胺为间苯二胺。

优选的，本发明所述的多元酰氯为均苯三甲酰氯。

优选的，本发明所述的石墨烯量子点纳米颗粒为含有羧基官能团且单体直径为5-25nm的石墨烯量子点纳米颗粒。

优选的，本发明所述的高分子聚合物胺的质量百分比浓度为0.1-1.0％，石墨烯量子点纳米颗粒质量百分比浓度为0.01-0.2％。

优选的，本发明所述的有机相多元酰氯质量百分比浓度为0.05-1.0％。

优选的，本发明所述的石墨烯量子点纳米颗粒的制备与提纯方法，包括如下步骤，

步骤I：

将一定量的无水柠檬酸加热至150-300℃，20-40min后将所得溶液滴入碱溶液中，再用酸溶液调节pH至7；

步骤II：

将步骤I所得溶液利用超滤膜分离，收集所得滤液；再将所得滤液利用纳滤膜分离，不断向纳滤截留液中添加去离子水，至纳滤滤出液的电导率小于50μs/cm，所剩纳滤截留液即为石墨烯量子点溶液。

优选的，本发明所述的碱溶液为氢氧化钠溶液，酸溶液为盐酸。

优选的，本发明所述的纳滤滤出液的电导率小于20μs/cm。

优选的，本发明所述的超滤膜的截留分子量小于50000道尔顿。

优选的，本发明所述的纳滤膜的截留分子量大于500道尔顿。

另一方面，本发明进一步请求保护一种添加石墨烯量子点的正渗透膜，其由上述的方法制备得到。

另一方面，本发明进一步请求保护上述的一种添加石墨烯量子点的正渗透膜的应用，用于海水淡化、污水处理或者食品加工。