[发明专利]一种节能抗污的氧化石墨烯/弹性体液体复合膜及其应用

说明书

本发明涉及一种节能抗污的氧化石墨烯/弹性体液体复合膜及其应用。其制备方法包括如下步骤：1)将氧化石墨烯在N,N‑二甲基甲酰胺溶液中超声，制得氧化石墨烯分散液；2)弹性体材料以聚氨酯为例，将聚氨酯与四氢呋喃、N,N‑二甲基甲酰胺按一定比例混合加热搅拌，制得聚氨酯透明均匀溶液；3)将氧化石墨烯与弹性体聚合物按照质量比1％～10％混合加热搅拌，随后将其置于烤胶机上烘烤，制得氧化石墨烯/弹性体复合膜；4)通过激光成孔法或模板法制备孔径和孔间距可控的复合多孔膜，将功能门控液体浸渍到多孔膜中，最终制得氧化石墨烯/弹性体液体复合膜。本发明所制备的液体复合膜具有良好的拉伸率、断裂强度和抗污性能，同时该系统具有优异的节能和抗污性能。

技术领域

本发明属膜分离技术领域，具体涉及一种节能抗污的多相分离系统及其应用。

背景技术

随着我国工业化进程加速，以及人民生活水平进一步提升，污水排放量也在日益增多。例如，含油污水对海洋经济的影响尤为显著。随着人类加大对海洋以及水生资源的开发利用，海洋提供了便捷的交通运输、缩短了各国之间政治、经济往来的距离，促进了地区间的发展，同时海洋与周边环境也承受着巨大的环保压力。引起海洋大面积污染的源头主要有：海洋运输中邮轮的原油泄露、工厂有机无机污水的排放、生活含油废水的排放等。海洋污染会带来严重的后果，如生态环境的破坏，人类自身身体健康的危害，人类生产生活活动的限制，以及与海洋相关联的渔业和旅游业的经济损失。因此，如何高效处理海洋含油污水任务艰巨，意义重大。油/气/水分离，简而言之就是将混合液体中的油和气体与水分离开来。膜分离技术因其分离结构简单，易于操作，广泛应用于海洋含油污水处理，然而目前的膜分离技术依然面临着膜材料耐用性差、膜孔道易受污染堵塞、可控性差等瓶颈问题。

本发明旨在研究制备一种氧化石墨烯/弹性体液体复合膜。该新型膜材料可用于污水处理和工业生产中的油/气/水分离，具有明显的抗污性能，可以大大提高分离膜材料的使用寿命。并且该液体复合膜在分离过程中具有显著的节能效果，降低了膜分离的能耗。该液体复合膜可用于多相物质分离，在恒定驱动压下，可以动态调控各相物质的跨膜压强阈值，大大提高了膜分离的可控性。

发明内容

本发明从提高膜材料稳定性和耐用性的角度出发，制备了一种氧化石墨烯/弹性体液体复合膜，由于复合薄膜中含有均匀分散的氧化石墨烯片，并且这些氧化石墨烯片与弹性体分子链共价结合，实现了石墨烯与弹性体基体的分子尺度上的复合，能提高材料的力学性能。且通过与功能门控液形成复合膜，使其具有优异的抗污性能。进一步使用氧化石墨烯/弹性体液体复合膜用于多相物质分离，该多相分离系统具有动态可调控和节能抗污的优点。

本发明的技术方案如下：

一种节能抗污的氧化石墨烯/弹性体液体复合膜，其制备方法包括如下步骤：

(1)将氧化石墨粉末和N,N-二甲基甲酰胺加入容器中，使用多频超声波分散器超声剥离0.5～1.5h，制得溶度为30～50mg/mL的氧化石墨烯分散液；

(2)以弹性体材料溶于四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合液中，在50-70℃下磁力搅拌至弹性体材料完全溶解，制得浓度为200～300mg/mL聚氨酯透明均匀溶液；其中，四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:0.1-10；

(3)将步骤(1)和步骤(2)的溶液混合，所得溶液中氧化石墨烯和弹性体材料的质量比为1:100～10:100，将该混合液在50-70℃下磁力搅拌1-3h，使得氧化石墨烯均匀分散在弹性体材料的聚合物基体中，随后取定量混合液通过旋涂法在玻璃片上均匀铺展，然后将旋涂后的玻璃片烘烤，使得混合液中四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺溶剂充分挥发，最终制得氧化石墨烯/弹性体复合膜；

(4)制备复合膜的多孔结构，即在步骤(3)制得的氧化石墨烯/弹性体复合膜上制备微米孔阵列；或在步骤(3)制备氧化石墨烯/弹性体复合膜时，同时制备微米孔阵列；