[发明专利]一种季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本本发明公开了一种季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法，属于分离膜制备技术领域。包括以下步骤：(1)胺基化氧化石墨烯溶液的制备：将胺基化试剂均匀分散在氧化石墨烯溶液中，制得胺基化氧化石墨烯溶液；(2)压力辅助过滤法制备胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜：以高分子聚合物超滤膜为基膜，将胺基化氧化石墨烯溶液过滤在超滤基膜上，制备功能层为胺基化氧化石墨烯的复合纳滤膜；(3)交联法制备季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜：将胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜浸泡在交联剂溶液中反应，调节反应温度，原位反应制得季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜。该复合纳滤膜同时具备正电荷和负电荷，具备高通量，提高了对高价阳离子的截留性能。

技术领域

本发明涉及一种季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜及其制备方法，属于分离膜制备技术领域。

背景技术

纳滤膜是一种介于反渗透膜和超滤膜之间的具有选择分离特性的新型压力驱动膜，膜孔径在纳米级范围内，一般为0.7～1.5nm。由于纳滤膜的功能层多由聚电解质组成，故膜表面具有荷电性，对一、二价离子及阴、阳离子的截留率不同。因此，纳滤膜能够实现对不同分子量有机物和不同价态离子的选择性分离，在水处理领域、食品工业、生化制药领域、发酵和石油化工等领域得到了广泛的应用。

石墨烯是一种由碳原子平行排列组成的二维碳基纳米材料，具有单原子层厚度，以其独特的化学结构和出色的电学、光学、热学和机械性能引起了广泛地关注。氧化石墨烯是一种经氧化法制备得到的石墨烯衍生物，具有石墨烯的单层蜂窝状六角平面结构，在其片层边缘分布有羧基和羰基，内部含有大量的羟基和环氧基团，所以具有良好的分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等。近年来，氧化石墨烯已成为一种用于改善膜结构和提高膜性能的新型纳米材料。将氧化石墨烯与膜材料共混能有效提高膜通量，但是该方法没有发挥氧化石墨烯不同于其他纳米材料的特性。氧化石墨烯独特的单分子层片状结构、较强的机械性能，可通过层层自组装法堆叠形成层状排列的氧化石墨烯膜，有效提高膜的渗透通量和截留率，类似的专利有公开号为103706264A的中国专利。但是这种方法无法实现氧化石墨烯片层之间的有效连接，从而使得氧化石墨烯功能层在水溶液中易分散。此外，氧化石墨烯表面的荷电官能团决定了其对不同离子的截留能力不同。因此，对氧化石墨烯表面荷电情况进行改性也可以改变其对离子的截留性能，拓宽氧化石墨烯膜的应用范围。

因此，基于氧化石墨烯在极性溶剂(如水、DMF、乙醇等)中较好的分散性及其表面带有大量易于进行功能化改性的官能团，先通过胺基化修饰得到胺基化氧化石墨烯，采用压力驱动过滤法制备胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜，再通过交联改性制备季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜，既改变了膜表面的荷电性，也增强了氧化石墨烯片层之间的连接稳定性，从而有效的提高了膜的性能和使用效率，对于纳滤膜的规模化应用具有指导意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种具有高反应活性的氧化石墨烯荷正电改性方法及一种新型的高通量、高截盐率的表面带有正电荷的氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法。

本发明提供一种季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)胺基化氧化石墨烯溶液的制备：将胺基化试剂均匀分散在氧化石墨烯溶液中，调节反应温度，制得胺基化氧化石墨烯溶液；

(2)压力辅助过滤法制备胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜：以高分子聚合物超滤膜为基膜，将步骤(1)制备的胺基化氧化石墨烯溶液过滤在超滤基膜上，制备功能层为胺基化氧化石墨烯的复合纳滤膜；

(3)交联法制备季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜：将步骤(2)中已经制备好的胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜浸泡在交联剂溶液中反应，调节反应温度，原位反应制得季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜。

进一步的，季胺化氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法具体包括如下步骤：