一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及膜分離技術領域，尤其涉及一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]膜分離技術是適應當代新產業發展的一項分離技術。與傳統的分離技術相比，膜分離技術具有高效、節能、過程簡單、容易操作和控制的優點。
[0003]石墨烯自2004年被發現以來，由于其特殊的片層結構以及良好的導電性和導熱性而得到廣泛的研究和應用。近年來，石墨烯作為膜材料也得到很好的研究。
[0004]研究表明，石墨烯膜厚度薄，具有較大的液體滲透通量，并且由于石墨烯表面具有羥基，羧基以及環氧基團等親水官能團，水分子會優先通過石墨烯膜。同時，石墨烯膜對液體中的大分子具有良好的分離性能，這主要是由于石墨烯是片層結構，層與層堆疊形成石墨烯膜，層與層堆疊時會產生一些瑕疵，在液體分離過程中，尺寸小于瑕疵的分子才可以通過石墨烯膜，因此具有一定的選擇性，在分離溶液中的染料、蛋白質等大分子時，具有一定的優勢。
[0005]目前采用氧化石墨烯膜進行液體分離時，一種方法是在多孔載體(例如多孔陶瓷、多孔金屬氧化物、多孔有機物等)表面形成氧化石墨烯膜，利用氧化石墨烯膜進行液體分離。然而，氧化石墨烯膜與多孔載體表面的結合力一般較低，因此氧化石墨烯膜很容易從多孔載體表面剝落，尤其在水環境中，大大限制了氧化石墨烯膜在液體分離方面的應用。
【發明內容】
[0006]針對上述技術現狀，本發明旨在提供一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法，利用該方法制得的氧化石墨烯膜與載體的結合力高，有利于氧化石墨烯膜在液體分離中的應用。
[0007]為了實現上述技術目的，本發明所采用的技術方案為:一種載體表面氧化石墨烯膜的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)在載體表面引入氨基活性基團；
[0009](2)在真空條件下，將步驟(I)處理后的載體浸入氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯中的含氧官能團與氨基發生反應，然后干燥處理，得到位于載體表面的氧化石墨烯膜。
[0010]所述的載體不限，優選為多孔材料，例如多孔陶瓷、多孔金屬氧化物、多孔有機物等，包括多孔Ct-Al2O3、氧化鋅等。
[0011]所述的載體結構不限，包括管式結構或者片式結構等。
[0012]所述的氨基活性基團的來源不限，包括多巴胺、烷基胺、苯胺等中的一種或幾種的混合。
[0013]所述步驟(I)中，在載體表面引入氨基活性基團的方法不限。作為優選，將包含氨基活性基團的分子溶于溶劑，構成包含氨基的溶液；將載體放入所述的包含氨基的溶液中，包含氨基活性基團的分子在載體表面自聚合，從而在載體表面引入氨基活性基團。
[0014]作為優選，所述的包含氨基的溶液的PH值為6?9。作為優選，所述的自聚合反應時間為12h?36h ;作為進一步優選，自聚合反應后將載體進行干燥處理，干燥溫度優選溫度為30°C?60°C。
[0015]所述的步驟(2)中，氧化石墨烯中的含氧官能團包括但不限于羥基、羧基、環氧基等。
[0016]所述的步驟(2)中，作為優選，氧化石墨稀溶液的濃度為0.01?lmg/ml。
[0017]所述的步驟(2)中，作為優選，所述的反應溫度為50°C?100°C。
[0018]所述的步驟(2)中，作為優選，所述的干燥溫度為30?60°C。
[0019]綜上所述，本發明首先在載體表面引入氨基活性基團，然后將氧化石墨烯均勻負載到載體表面得到氧化石墨烯膜，該方法具有如下有益效果:
[0020](I)氧化石墨烯中的含氧基團與氨基發生反應，大大增強了氧化石墨烯膜與載體間的結合力，提高了氧化石墨烯膜的穩定性，克服了氧化石墨烯膜與載體之間因結合力弱而導致膜容易脫落的缺點，；
[0021](2)氧化石墨烯膜的制備條件溫和、操作簡單，制得的氧化石墨烯膜厚度薄，具有較大的滲透通量，并且對大分子(例如，甲基橙、亞甲基藍、羅丹明B等染料分子，以及鹽等)具有高的截留率，其中對染料分子的截留率達到99%，對鹽的截留率為50%?85%，因此在有機物分離回收、油水分離以及脫鹽等水處理領域具有潛在的應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1是對比實施例1中制得的氧化石墨烯膜的水穩定性測試結果；
[0023]圖2是本發明實施例1中制得的氧化石墨烯膜的水穩定性測試結果；
[0024]圖3是本發明實施例1中制得的氧化石墨烯膜的SEM圖；
[0025]圖4是用于本發明實施例1中制得的氧化石墨烯膜進行液體分離時的反滲透裝置示意圖；
[0026]圖5是本發明實施例1中制得的氧化石墨烯膜的液體分離結果圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖及實施例對本發明做進一步說明，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發明的理解，而不起任何限定作用。
[0028]圖4中的附圖標記為:1、氮氣瓶；2、壓力表；3、壓力容器；4、氧化石墨烯膜；5、接收容器。
[0029]對比實施例1:
[0030]本實施例是下述實施例1的對比實施例。
[0031]本實施例中，載體為中空管狀結構的氧化鋁，氧化石墨烯膜位于載體表面，制備方法如下:
[0032](I)配制0.05mg/ml氧化石墨烯溶液，然后超聲3次以上，待用；
[0033](2)將載體兩端封口浸沒在上述氧化石墨烯溶液中，在抽真空條件下氧化石墨烯在載體表面上膜5min ;然后取出表面包覆氧化石墨烯膜的載體，放入真空干燥箱，在40°C干燥24h。
[0034]將上述制得的表面包覆氧化石墨烯膜的載體浸入去離子水中，觀察其水穩定性。結果如圖1所示，一個月以后氧化石墨烯膜基本已經完全從載體表面脫落下來。
[0035]實施例1:
[0036]本實施例中，載體為管狀結構的氧化鋁，與對比實施例1中的載體完全相同。氧化石墨烯膜位于載體表面，制備方法如下:
[0037](I