[发明专利]一种具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜及其制备方法与应用

说明书

本发明专利公开了一种具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜及其制备方法与应用。通过在GO膜表面进行相转化制备出多孔聚合物层，利用内部的中空纤维基底和外部的多孔聚合物层的限制作用抑制GO层的溶胀和层间距的增加，从而获具有高脱盐性能高稳定性的三明治GO中空纤维膜，并将所制备的三明治结构GO中空纤维膜用于脱盐应用。本发明提供的方法可维持GO膜本身的物化性质，并且能用于合成更高分离性能的三明治GO中空纤维膜；所得三明治GO中空纤维膜能对通常GO膜不能处理的无机盐进行有效去除，截留率高达90％以上；在保持高分离性能的同时具备极高的稳定性，甚至可耐受超声处理。

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜及其制备方法与应用。

背景技术

氧化石墨烯(GO)膜是一种新型的高效分离膜。由于其优异的亲水性、丰富的极性基团、较高的机械强度、超薄的结构等多方面的性质，其在气体分离、水处理、溶剂回收等各个方面被广泛应用。但是由于其极好的亲水性，其在用于水处理时，水分子会被吸附进入到GO膜的层间，GO膜层间距会发生溶胀，从而造成分离性能下降，尤其是对小分子物质，如有机小分子和无机盐的分离效率极大地下降。进一步，无限制的溶胀甚至会造成GO膜重新分散于水溶液中，进而造成GO膜对料液失去分离性能。目前常用的改性方法主要有化学接枝法和还原法。接枝即通过引入分子与GO本身的含氧基团反应对GO膜进行交联，从而提升GO膜的稳定性。但是到目前为止，已报到的化学交联改性的GO膜对无机盐的性能截留性能还是较为一般。还原法，即通过热处理或者还原剂的处理使GO膜被部分还原，进而抑制GO膜层间距的增加。但是该方法在提升稳定性和抑制层间距增加的同时也降低了GO膜本身的含氧基团含量，从而造成GO膜的通量的下降。因此一种新的可用于提升GO膜稳定性和分离性能的方法亟待被建立。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜。

本发明再一目的在于提供上述具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜在脱盐中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种具有固定层间距的三明治氧化石墨烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)GO中空纤维膜制备：将中空纤维基底一端密封并将其浸泡于GO悬浮液中，通过真空抽吸中空纤维基底另一端将GO层沉积于中空纤维基底表面，得到GO中空纤维膜；

(2)三明治GO中空纤维膜制备：首先将聚合物溶解于有机溶剂中得到聚合物溶液，然后去除溶液中的气泡，再将步骤(1)所得GO中空纤维膜浸泡于聚合物溶液中，取出后浸泡于水中进行相转化得到具有多孔聚合物层的三明治膜，再将三明治膜放置于水中，最后进行干燥，即得到三明治GO中空纤维膜。

步骤(1)所述中空纤维基底为聚合物或陶瓷中的一种；其中聚合物主要为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等中的至少一种；从经济角度考虑优选为PVDF、PSF和PES中的至少一种。

步骤(1)所述GO悬浮液优选为通过以下方法制备得到：首先制备氧化石墨，然后将氧化石墨分散在水中采用超声剥离法制备得到GO悬浮液。

更优选的，所述氧化石墨通过hummer法、改进的hummer法、Staudenmaier法和Brodie法中的至少一种制备得到；最优选为通过hummer法制备得到。

步骤(1)所述GO悬浮液中GO的浓度为10～500μg mL^-1；从制备时间方面考虑，优选50～100μg mL^-1。