[发明专利]一种用于混合分子分离的智能响应型石墨烯基分离膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于混合分子分离的智能响应型石墨烯基分离膜及其制备方法，属于分离膜制备技术领域。本发明通过响应型高分子的单体在石墨烯片层上的原位生长，得到智能高分子复合的石墨烯纳米片，再通过真空抽滤技术，成功制备了对外界刺激敏感性强、可由外界刺激调控其孔径大小、具有良好的力学性能及环境稳定性的石墨烯基分离膜，可以通过调整溶液的温度或者pH值，实现对含三种以上不同分子直径的混合物质的过滤分离。并且本发明提供的分离膜厚度便于控制，且易于大规模制备。

技术领域

本发明属于分离膜制备技术领域，特别是涉及一种用于混合分子分离的智能响应型聚合物/石墨烯复合分离膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯膜中层层堆叠的纳米片为水流体低摩擦通过提供了二维毛细通道，且其丰富的含氧官能团网络有利于客体分子的修饰或复合。近年来，基于石墨烯的分离膜，可对溶液中的分子和离子及气体混合物表现出优异的选择性。为了改善石墨烯基分离膜的分离性能，研究人员作了大量的研究工作，如将氧化石墨烯(GO)与氢氧化铜纳米线复合，再将纳米线溶出，在不影响截留率的基础下得到大通量的分离膜(参考文献1：Huang H,Song Z,WeiN,et al.Ultrafast viscous water flow through nanostrand-channelled grapheneoxide membranes.Nature communications,2013,4.)。虽然石墨烯与不同的有机/无机材料复合后得到的分离膜，可以使分离膜的通量及截留率得到提高，功能性得到较大改善，但目前仍存在一些问题，如只能对溶液中的单一溶质进行分离，无法对两种以上的混合离子/分子选择性分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效对不同尺寸混合分子分离的智能响应型石墨烯基分离膜及其制备方法。通过响应型高分子的单体在石墨烯片层上的原位生长，得到智能高分子复合的石墨烯纳米片，再通过真空抽滤技术，成功制备了对外界刺激敏感性强、可由外界刺激调控其孔径大小、具有良好的力学性能及环境稳定性的石墨烯基分离膜。

本发明提供的用于混合分子分离的智能响应型石墨烯基分离膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置石墨烯基分散液：将石墨烯基材料加入到有机溶剂中超声分散，配置成浓度为0.1～5mg/mL的石墨烯基有机溶剂分散液；

(2)制备石墨烯基分离膜：按单体/引发剂质量比100:0.5～100:1.5加入到上述石墨烯基有机溶剂分散液中，得到混合液；然后将混合液转移至希莱克(Schlenk)瓶中，除水除氧操作后在55～70℃油浴环境中反应6～24h，除去未反应的单体、引发剂及未接枝到石墨烯基片层上的聚合物，冷冻干燥得到聚合物/石墨烯基复合材料。

(3)取聚合物/石墨烯基复合材料均匀分散到溶剂A中，配置为浓度0.1～2mg/mL的分散液，以微滤膜为基底，通过真空抽滤含分散相质量为0.5～5mg的分散液，得到厚度为1～5μm的石墨烯基分离膜。

所述的石墨烯基材料选自氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)、石墨烯中的一种或几种。

所述的单体选自N-异丙基丙烯酰胺，丙烯酸，甲基丙烯酸，2-乙烯基吡啶，N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸中的一种。

所述的引发剂选自偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。

所述的有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲苯中的一种或几种。

所述的微滤膜选自醋酸纤维素膜，尼龙膜，聚碳酸酯膜和氧化铝滤膜中的一种。

所述的分散液溶剂A选自去离子水，乙醇，N,N-二甲基甲酰胺中的一种。