[发明专利]一种羧基化氧化石墨烯纳滤膜及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种羧基化氧化石墨烯纳滤膜及其制备和应用。所述羧基化氧化石墨烯纳滤膜，其是以哌嗪为水相单体，均苯三甲酰氯为油相单体，羧基化氧化石墨烯为水相添加剂，采用界面聚合法在聚砜超滤膜上形成活性分离层而制备得到。本发明提供了所述的羧基化氧化石墨烯纳滤膜在染料中单价盐脱除中的应用。本发明通过界面聚合法将羧基化氧化石墨烯引入到聚酰胺活性皮层中，使膜的通量显著提高，同时膜对新胭脂红等染料具有高截留率，对一价盐具有低截留率，显示出染料脱盐浓缩的巨大应用前景；另外，羧基化氧化石墨烯纳滤膜还表现出良好的抗污染性能。

技术领域

本发明属于纳滤膜制备技术领域，具体涉及一种羧基化氧化石墨烯纳滤膜其制备方法和在染料中单价盐脱除中的应用。

背景技术

大多数染料在生产过程中都会加入一些添加剂，如NaCl和其他一些促进反应的小分子中间体。然而，这些添加剂会严重影响染料的质量。纳滤是一种新型的压力驱动膜分离技术，介于反渗透(RO)和超滤(UF)之间。纳滤通常对一价离子和分子量低于150的有机物有较低的截留率，而对二价或多价离子以及分子量大于300的有机物有较高的截留率。因此，纳滤广泛应用于染料中一价盐的脱除。例如，商业DK NF膜能截留96.5％的活性黑5，而对NaCl的截留仅21.1％。TFC聚酰胺膜因为其极薄的活性皮层而具有很高的分离效率，从而成为一种最广泛使用的NF膜，在染料脱盐浓缩领域有广阔的应用前景。

近年来，氧化石墨烯(GO)作为一种单层碳原子结构材料因为其特殊的性能一直是研究的热点。在膜分离领域，GO上大量含氧官能团的存在，如内部的羟基和环氧基和边缘的羧基，大大增强了亲水性和与膜的相容性，从而提高膜的性能。Bano等人制备的PA/GO膜相比较于PA膜，具有更高的通量和抗污染性能。Kim等人通过GO的加入提高了膜各方面的性能，包括渗透性能、机械强度、耐久性和耐氯性。

然而，一旦活性层中的GO含量达到一定值，团聚不可避免地出现，从而影响膜的性能。因此，当较高量的GO或改性GO分散在聚酰胺活性层中时，膜可能具有更好的性能。本发明为改善GO在聚酰胺活性皮层中的团聚现象，对GO进行羧基化改性，制备出羧基化氧化石墨烯聚酰胺纳滤膜，膜通量提高的同时，更在染料脱盐浓缩中表现出广阔的应用前景。另外，羧基化氧化石墨烯纳滤膜还表现出很好的抗污染性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有高通量和良好抗污染性能的羧基化氧化石墨烯纳滤膜。

本发明的第二个目的是提供一种所述羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法。

本发明的第三个目的是提供所述羧基化氧化石墨烯纳滤膜在染料中单价盐脱除中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种羧基化氧化石墨烯纳滤膜，其是以哌嗪为水相单体，均苯三甲酰氯为油相单体，羧基化氧化石墨烯为水相添加剂，采用界面聚合法在聚砜超滤膜上形成活性分离层而制备得到。

一种所述羧基化氧化石墨烯纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)以聚砜超滤膜为多孔支撑层，用水相溶液浸润多孔支撑层表面，所述水相溶液中含有羧基化氧化石墨烯、哌嗪和盐酸-磷酸钠，其中羧基化氧化石墨烯和哌嗪的浓度分别为0.01～0.1g/100mL和0.1～0.5g/100mL，盐酸-磷酸钠的加入量使得水相溶液的pH值在8～11，静置1～10min后除去多余的溶液；

(2)在常压、温度为15～30℃条件下，用含均苯三甲酰氯的油相溶液浸润步骤(1)处理后的多孔支撑层表面，使两种活性单体哌嗪和均苯三甲酰氯在两相界面聚合反应30～500s；所述油相溶液以正己烷为溶剂，其中均苯三甲酰氯的浓度为0.05～0.2g/100mL，并使得哌嗪在水相溶液中的浓度是均苯三甲酰氯在油相溶液中浓度的1～5倍；

(3)将步骤(2)得到的膜在50～100℃热处理5～20min；