[发明专利]一种石墨烯多孔膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯多孔膜的制备方法及应用，包括以下步骤：步骤1：将氧化石墨烯浆料进行热还原得到氧化石墨烯HTGO；热还原温度为450℃～480℃，时间为12s～20min；步骤2：将步骤1得到的氧化石墨烯HTGO分散于溶液中，加入催化剂搅拌均匀后，加入过量的H₂O₂，充分反应，产物纯化洗涤后得到石墨烯FLGO粉末；步骤3：将步骤2得到的FLGO粉末分散到溶剂中，通过真空抽滤将其堆叠于基膜上，即可得到所需石墨烯多孔膜；本发明制备方法操作简单、成本低廉，绿色环保，体系粘度低，可通过简单方提供一种快速、高效、可循环利用的石墨烯多孔膜。

技术领域

本发明涉及石墨烯膜技术领域，具体涉及一种石墨烯多孔膜的制备方法及应用。

背景技术

石墨烯是由碳原子通过sp²杂化紧密排列而形成的单层蜂窝状晶格二维晶体，它拥有极大的比表面积、优异的力学性能、导电性能、导热性能，是一种极具吸引力的材料。石墨烯薄膜作为石墨烯的一种重要形态，具备较强的导电性、导热性、柔性等属性，使得它在能源存储与转换材料、电磁屏蔽材料、导热材料、传感器材料等领域有着广泛的应用前景。

膜分离技术常用于高效、低能耗地处理生活污水、工业废水、海水淡化等。然而，现有的传统高分子膜因其自身耐氯性差、耐化学腐蚀能力弱、机械强度低以及抗污染能力弱等。造成膜组件工作效率低、更换频率快，增加了膜分离的成本。所以二维氧化石墨烯作为膜材料，开发了一系列的氧化石墨烯分离膜。但由于大量含氧官能团的存在，使得该膜在水中极易溶胀而瓦解；此外，通过减少含氧官能团的数量又会降低膜的分离效率；不仅如此，对于分子尺寸小于氧化石墨烯层间距，且带有正电荷的有机染料，如亚甲基蓝，是氧化石墨烯膜无法大量截留的。

目前，制备石墨烯薄膜的方法主要可以分为两种：一种是采用石墨烯纳米片直接成膜，另一类则是通过石墨烯成膜后经过进一步的还原处理而得到。对于前者尽管主要涉及物理处理方法，但往往使得所得到的石墨烯薄膜的力学性能较好。而后者通过氧化石墨烯成膜后对其进行化学或热还原所得的石墨烯膜力学性能较好。因此，后者也是目前普遍采用的制备石墨烯膜的方法。在还原氧化石墨烯膜的方法中化学还原发挥着重大的作用，通常采用的化学还原试剂有肼类、还原性酸或酚、金属氰化物、活泼金属，生物还原剂等。此外，还有报道的石墨烯薄膜的制备方法包括复合材料法、电化学还原法、化学气相沉积法、电弧放电法等，但工艺一般较为复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种快速、高效、可循环利用的石墨烯多孔膜的制备方法及应用。

一种石墨烯多孔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将氧化石墨烯浆料进行热还原得到氧化石墨烯HTGO；热还原温度为450℃～480℃，时间为12s～20min；

步骤2：将步骤1得到的氧化石墨烯HTGO分散于溶剂中，加入催化剂搅拌均匀后，加入过量的H₂O₂，充分反应，产物纯化洗涤后得到石墨烯FLGO粉末；

步骤3：将步骤2得到的FLGO粉末分散到溶剂中，通过真空抽滤将其堆叠于基膜上，即可得到所需石墨烯多孔膜。

进一步的，所述步骤2中的催化剂为MnSO₄，MnSO₄与氧化石墨烯的质量比为0.0267％～0.0467％：1。

进一步的，所述步骤2中的H₂O₂与氧化石墨烯的质量比为，4.53～9.07:1。

进一步的，所述步骤2中氧化石墨烯与H₂O₂在搅拌条件下进行反应，反应时间为12～36小时。

进一步的，所述步骤2中反应后通过真空过滤的方式进行纯化。