[发明专利]一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用，将氧化石墨烯粉末分散在溶剂中得到氧化石墨烯纳米片分散液，再加入离子型聚合物溶液混合均匀，将混合分散液沉积在多孔载体上，形成离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜。本发明的离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜分离效率高，水通量高，稳定性好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用，属于分离膜技术领域。

背景技术

由于经济的快速发展和工业化水平的迅速提高，环境污染问题备受关注，对废水进行高效、环保的处理显得尤为重要。氧化石墨烯具有单原子层厚的宏观二维结构，其纳米片组装成膜可以对混合溶液进行高效的分离，并且可以大规模廉价的制备，使其在分离膜技术领域显示出巨大潜在的应用价值。但是纯的氧化石墨烯薄膜在水溶液中易于溶胀且分离效率很低，很难应用于实际的生产活动，因此需要寻求一种既具备高分离性能，又具有高分离效率，同时在水溶液中还具有高稳定性的分离薄膜。

荷兰《膜科学与技术杂志》(Journal of Membrane Science,2018,562,47-55)报导了非溶胀氧化石墨烯-聚合物纳米复合膜的制备和反渗透脱盐的应用。首先将N-异丙基丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵溶解于氧化石墨烯分散液中，混合均匀，然后在聚醚砜膜上抽滤成复合膜，将其在60℃下干燥1h完成单体的聚合。上述方法所得到的膜通量提升不高，不利于大规模制备和实际应用。

CN102814124A公布了一种氧化石墨烯基多孔薄膜的制备方法，利用化学氧化超声分散的方法制备的氧化石墨烯分散液与金属氢氧化物纳米线溶液混合，搅拌混合均匀，然后通过真空抽滤在聚碳酸酯多孔膜上，经过水合肼处理5-60分钟，并用酸(HCl、H₂SO₄、HNO₃)或者络合剂乙二胺四乙酸去掉金属氢氧化物纳米线，最终得到氧化石墨烯基多孔薄膜。上述方法使用了剧毒试剂水合肼，对人类健康和环境造成潜在威胁。并且工艺复杂，过程可控性差。而且由于纳米通道的增大，提升水通量的同时不可避免的会降低小尺寸纳米杂质的截留效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用。本发明的离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜分离效率高，水通量高，稳定性好，具有广阔的应用前景。

所述离子型聚合物包括阳离子型聚合物、阴离子型聚合物。

本发明离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将氧化石墨烯(GO)超声分散于水中，获得质量浓度0.001-0.1％的GO纳米片分散液，备用；

步骤2：取1g溴化聚苯醚(BPPO)并加入5-20mL NMP，搅拌至完全溶解，再加入0.2-0.5g 1,2-二甲基咪唑，于20-70℃搅拌5-12h，获得咪唑功能化溴化聚苯醚，用水稀释获得质量浓度0.001-0.1％的咪唑功能化溴化聚苯醚溶液，备用；

步骤3：取1g磺化聚苯醚(SPPO)并加入5-20mL NMP，搅拌至完全溶解，用水稀释获得质量浓度为0.001-0.1％的磺化聚苯醚溶液，备用；

步骤4：将步骤1配制的GO纳米片分散液和步骤2获得的咪唑功能化溴化聚苯醚溶液按体积比1：1至10：1的比例混合均匀，通过纳米组装技术，在多孔载体上形成一层厚度为10nm-5μm的氧化石墨烯复合薄膜，保存于水中，即得阳离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜；

步骤5：将步骤1配制的GO纳米片分散液和步骤3获得的磺化聚苯醚溶液按照体积比1：1至10：1的比例混合均匀，通过纳米组装技术，在多孔载体上形成一层厚度为10nm-5μm的氧化石墨烯复合薄膜，保存于水中，即得阴离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜。

本发明使用的原料溴化聚苯醚的结构式如下：