申请日2018.04.16
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号B01D67/00; B01D69/02; B01D69/12; B01D71/02; B01D71/26; B01D71/56; C02F1/44
摘要
本发明公开了一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法，具有三层复合结构，自上而下依次是高分子多孔材料预处理层、氧化石墨烯活性净化层和高分子多孔材料支撑层。制备方法：将氧化石墨烯、热塑性高分子粘合剂、其他活性材料和助剂预先配置成溶胶墨水，溶胶墨水充分分散，然后再通过涂布的方法将溶胶墨水负载于支撑层上，随后再铺上高分子多孔材料预处理层，待脱水干燥后，再经过热压成型。本发明能对水中的重金属、细菌等微生物、有机物等进行有效滤除;可以少包裹GO颗粒物以保持GO的过滤效能，同时热塑性高分子粘结剂可以同时粘结预处理层和支撑层材料，形成膜状材料，进而避免GO流失，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。
权利要求书
1.一种氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于具有三层复合结构，自上而下依次是高分子多孔材料预处理层、氧化石墨烯活性净化层和高分子多孔材料支撑层。
2.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述的高分子多孔材料预处理层的孔径在2-10微米之间，高分子多孔材料预处理层的厚度在0.2-2毫米。
3.如权利要求2所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述的高分子多孔材料预处理层或高分子多孔材料支撑层的材质为PP、PE或尼龙。
4.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述氧化石墨烯活性净化层由氧化石墨烯颗粒、热塑性高分子粘结剂和其他活性材料组成，其重量比例是7.5-8：2：0.5。
5.如权利要求4所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述氧化石墨烯活性净化层的过滤孔径为0.1-5微米，厚度为0.1-5毫米。
6.如权利要求4所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述其他活性材料为抗菌抑菌材料或粉末活性炭。
7.如权利要求1所述的氧化石墨烯复合水处理膜，其特征在于，所述高分子多孔材料支撑层材料与氧化石墨烯活性净化层的过滤孔径一致。
8.权利要求1所述的氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将氧化石墨烯、热塑性高分子粘合剂、其他活性材料和助剂预先配置成溶胶墨水，溶胶墨水充分分散，然后再通过涂布的方法将溶胶墨水负载于高分子多孔材料支撑层上，随后再铺上高分子多孔材料预处理层，待脱水干燥后，再经过热压成型。
9.如权利要求8所述的氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法，其特征在于，所述助剂为表面活性剂、消泡剂、分散剂、螯合剂和增稠剂中的至少一种。
10.如权利要求8所述的氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法，其特征在于，所述，所述溶胶墨水的分散方法为超声波、高速搅拌、球磨搅拌或加热;所述热压成型的温度为120-180℃，成型时间为30分钟至24小时。
说明书
一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法
技术领域
本发明属于水净化领域，具体地说，涉及一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法。
背景技术
水是地球上最宝贵的资源，与人类的健康息息相关。随着地球人口的增加以及工业生产活动的增加，各种水污染问题不断威胁着人类的健康。在中国，饮用水污染问题也挑战重重，如重金属、消毒副产物、水垢、抗生素等微污染物的潜在风险巨大。例如广州地化所应光国研究员披露的首份抗生素全国使用量与排放量清单表明每年有3800吨抗生素被排放，其中46%被排放于水体中，造成潜在巨大的饮用水污染风险。获取清洁水资源的工艺技术在全世界都是必不可少的关键技术。
近年来，由于我国水污染严重，社会大众的健康意识普遍增强，我国净水行业快速发展，潜在的市场规模巨大，预计将达4000亿元，有媒体称这是21世纪家电行业的最后一块蛋糕。据中怡康数据预测，2017年我国净水设备市场规模将达336亿元，连续六年增速超过20%。中央和地方的各级政府深刻意识到发展直饮水净化核心技术对保障人民饮用水健康的重要性。2015年，国务院正式颁布《水污染防治行动计划》(国发〔2015〕17号)，简称“水十条”，战略支持发展饮用水处理技术攻关研发。
当前反渗透净水技术因能过滤掉水体中的绝大部分重金属、抗生素、微生物等微污染物而被大量厂商采用，其市场占比超过了70%。但是反渗透膜净水设备因巨量的废水排放而常受广大消费者所诟病，为此开发新型净水材料需求旺盛。
石墨烯自2004年被成功剥离后，其因具有一系列的优异的特性使其在诸多领域中都有广阔的应用前景,如射频晶体管、透明导电薄膜、锂离子电池、超级电容器、新型催化剂、热电器件、太阳能电池、传感与检测等。石墨烯具有的原子层厚度、高机械强度、化学稳定性好、导电性好、超高的比表面，并且其衍生物(石墨烯氧化物、氟化物、氮化物等)表面含有的丰富的功能团使得石墨烯及其衍生物和相关石墨烯复合材料具有较强的选择性吸附能力;这些特性使得石墨烯及其复合材料在水处理应用上具有广阔的发展前景。氧化石墨烯(GO)不仅可很好的吸附水中的有机溶剂、重金属等污染物，还可作为催化剂载体，催化水中污染物的降解。另外石墨烯之间的层间间距可以调控，从而可以使得纯水通过而隔离各类阳离子。自2010年开始，石墨烯材料在水处理应用的相关研究开始呈现快速增长趋势。尤其最近几年，一系列高水平的研究论文表明石墨烯衍生物及其复合材料作为过滤层在水处理应用上表现出卓越的发展前景。但是相比于石墨烯其它应用，石墨烯在水处理应用的这些技术工艺的开发也就近几年开始发展起来，目前还处在初级研究阶段，相关的产业化技术研究还刚开始起步。特别是氧化石墨烯因为颗粒小、易泄露等问题阻碍了其在水处理产业上的应用。
发明内容
为了有效解决上述问题，本发明提供了一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种氧化石墨烯复合水处理膜，具有三层复合结构，自上而下依次是高分子多孔材料预处理层、氧化石墨烯活性净化层和高分子多孔材料支撑层。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述的高分子多孔材料预处理层的孔径在2-10微米之间，高分子多孔材料预处理层的厚度在0.2-2毫米。有效的滤除水体中的固体不容物、颗粒物、胶体等。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述的高分子多孔材料预处理层或高分子多孔材料支撑层的材质为PP、PE或尼龙。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述氧化石墨烯活性净化层由氧化石墨烯颗粒、热塑性高分子粘结剂和其他活性材料组成，其重量比例是7.5-8： 2：0.5。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述氧化石墨烯活性净化层的过滤孔径为0.1-5微米，厚度为0.1-5毫米。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述其他活性材料为抗菌抑菌材料或粉末活性炭。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜中，所述高分子多孔材料支撑层材料与氧化石墨烯活性净化层的过滤孔径一致。高分子多孔材料支撑层主要的功效是一方面对整个膜材料起到支撑作用，便于在应用过程中使用;另一方面，更进一步的防止GO颗粒物等材料脱落。
上述氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯、热塑性高分子粘合剂、其他活性材料和助剂预先配置成溶胶墨水，溶胶墨水充分分散，然后再通过涂布的方法将溶胶墨水负载于支撑层上，随后再铺上高分子多孔材料预处理层，待脱水干燥后，再经过热压成型。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法中，所述助剂为表面活性剂、消泡剂、分散剂、螯合剂和增稠剂中的至少一种。在配置溶胶墨水过程中，可通过添加助剂以提升氧化石墨烯的分散效果。所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、硬脂酸和脂肪酸甘油酯中的至少一种;所述消泡剂为甘油三羟基聚醚、聚二甲基硅氧烷、香叶烯和蒎烯中的至少一种;所述分散剂为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、白油和亚甲基萘磺酸钠中的至少一种;所述螯合剂为柠檬酸、酒石酸、富马酸、聚甲基丙烯酸和有聚丙烯酸中的至少一种;所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和羟乙基纤维素中的至少一种。更进一步的，助剂中可含有抗菌抑菌材料，提升成型膜材料对于细菌等微生物的滤除功效。
在上述的氧化石墨烯复合水处理膜的制备方法中，所述溶胶墨水的分散方法为超声波、高速搅拌、球磨搅拌或加热;所述热压成型的温度为120-180℃，成型时间为30分钟至24小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：氧化石墨烯因表面具有众多的环氧基、羟基、羧基，其可吸附大量的有机物、重金属离子等微污染物而所关注。但是，氧化石墨烯因为纳米颗粒物非常容易散落而不容易被使用，特别是在净水处理上，因纳米颗粒物的脱落而造成的安全性风险巨大，为此需要发展稳定可靠的氧化石墨烯复合材料。本发明的氧化石墨烯复合水处理膜通过其丰富的多官能团对水中的重金属、有机物等进行有效的滤除，另一方面其微小的过滤孔径可有效的滤除细菌等微生物;热塑性高分子粘结剂具有点对点焊接的模式，可以尽量少包裹GO颗粒物以保持GO的过滤效能，同时热塑性高分子粘结剂可以同时粘结预处理层和支撑层材料，形成膜状材料，进而可以避免GO 流失。本发明可有效滤除水体中重金属、有机小分子等微污染物，对以铅为代表的重金属离子、有机微污染物、大肠杆菌等都具有良好的去除效果，同时又可避免氧化石墨烯材料脱落、泄露的风险，可广泛应用于各类水净化装置及水处理工程设备中。
