[发明专利]石墨烯PVDF复合导电超滤膜及制备和污染物去除方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯PVDF复合导电超滤膜及其制备方法，在铜箔表面采用激光造孔技术刻蚀若干凹凸坑点，然后在铜箔表面生长若干层石墨烯薄层，形成具有缺陷的石墨烯薄层；将二甲基乙酰胺、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀得到铸膜液；将铸膜液均匀涂覆在铜箔的石墨烯薄层上，再整体放入水中进行相转化成膜，然后将成膜的铜箔放在硝酸溶液，待铜箔被硝酸溶解，即得到石墨烯PVDF复合导电超滤膜。该膜包括PVDF支撑薄层，PVDF支撑薄层表面附着有石墨烯薄层，石墨烯薄层上具有缺陷，缺陷为孔，孔内部具有亲水官能团。本发明超滤膜导电性良好，被污染物附着时利用电化学方式进行清洗，清洗效率高。

技术领域

本发明属于石墨烯超滤膜技术领域，具体涉及一种石墨烯PVDF复合导电超滤膜，还涉及该超滤膜的制备方法，还涉及该超滤膜表面污染物的去除方法。

背景技术

超滤膜作为水的深度处理中常用的一种方法，已经广泛的运用到水处理行业，但由于膜表面吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞而形成的膜污染一直制约着膜技术的发展，而常规的化学清洗对膜表面的损伤较大而且清洗的效果十分的有限。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源和生物医学等方面具有重要的应用前景。石墨烯具有良好的电导率，仅单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm²/(V·s)左右。但由于石墨烯完整结构导致的不渗透性，以及纳米尺度片层结构带来的操作困难等问题，在水处理过程中的应用还很少见。PVDF(聚偏氟乙烯)是一种良好的耐酸、耐腐蚀、耐氧化的膜材料，因此PVDF膜材料也广泛的应用到净水过程中，但是膜在使用过程中，自身不可避免地受到微粒、胶团及某些溶质分子的污染，导致膜过水通量减小、能耗增高及使用寿命缩短，对膜造成污染，导致通量不可恢复，形成不可逆膜污染。因此清除膜污染是膜法水处理中必不可少的过程，常用采用的清除方式为物理冲洗和化学清洗，但清洗效率有限，因此如何提高膜污染的清洗效率是非常值得关注的问题。

在不影响水处理膜本身的过滤性能的条件下，为了提高膜本身的清洗效率，目前主要采用以下几种手段：第一是在铸膜液中加入亲水改性剂(如氧化石墨烯等)，主要的机理是提高膜表面的亲水性能，在过滤过程中能有效的提高物理和化学的清洗效率，但引入的某些亲水官能团能与污染物上的特征基团形成牢固的价键结构造成更严重的不可逆膜污染。该方法虽然技术很成熟，操作简单，但是所制备的膜污染清洗效果一般。第二是铸膜液中加入碳纳米管、纳米银、银离子等，来提高膜表面的电负性，由于电荷相斥的作用来抵抗膜污染，但是由此制备石墨烯膜的导电性较差，对膜污染的控制和污染物的清洗效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯PVDF复合导电超滤膜，该膜具有更好的抗污性能。

本发明的另一目的是提供上述石墨烯PVDF复合导电超滤膜的制备方法。

本发明的再一个目的是提供上述石墨烯PVDF复合导电超滤膜表面污染物的去除方法，解决现有石墨烯超滤膜污染物清洗效率低的问题。

本发明所采用的一个技术方案是，一种石墨烯PVDF复合导电超滤膜，包括PVDF支撑薄层，所述PVDF支撑薄层表面附着有石墨烯薄层，石墨烯薄层上具有人为制造的分布均匀的缺陷，缺陷为孔，内部具有亲水官能团。

本发明的另一个技术方案是，上述石墨烯PVDF复合导电超滤膜的制备方法，包括以下步骤：

制备具有石墨烯薄层的铜箔：在铜箔表面采用激光造孔技术刻蚀若干凹凸坑点，坑点个数可根据石墨烯薄层面积人为设定，然后在铜箔表面生长若干层石墨烯薄层，形成具有缺陷的石墨烯薄层；

制备铸膜液：将二甲基乙酰胺、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀得到铸膜液；

将所述铸膜液均匀涂覆在所述铜箔的石墨烯薄层上，再整体放入水中进行相转化成膜，去除成膜的铜箔上多余的铸膜液，然后将成膜的铜箔放在硝酸溶液，待铜箔被硝酸溶解，即得到所述石墨烯PVDF复合导电超滤膜。