超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法技术

本申请公开了一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，包括如下步骤：提供水及无水乙醇，混合，得到混合溶剂；在混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；向悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节悬浮液的PH；向调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。所述制备方法通过氧化石墨烯表面大量硅烷的原位水解，实现氧化石墨烯表面二氧化硅纳米颗粒的全覆盖，在滤膜内形成三维贯通的水通道，可显著提高滤膜的水通量。本申请还提供一种由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。复合滤膜。复合滤膜。

【技术实现步骤摘要】
超高水通量的GO/SiO2复合滤膜及制备方法


[0001]本申请涉及材料制备和分离
，尤其涉及一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法及由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。

技术介绍

[0002]水资源短缺是当前世界面临的最艰巨的挑战之一，而水的过滤循环再使用可以在一定程度上缓解水资源短缺。因此，目前水的过滤循环受到广泛的关注。
[0003]滤膜过滤的过滤工艺简单，在水过滤领域具有广阔的应用前景。现有的滤膜中，由氧化石墨烯(GO)制备的滤膜具有良好的亲水性及结构可控性，在水过滤领域具有极强的应用潜力。
[0004]然而，纯GO滤膜因其范德华力结合的层层堆叠结构，其层间距通仅有1nm左右，尽管GO表面具有丰富的亲水官能团，但是GO滤膜较小的层间距严重限制了其水通量(通常小于10L/m2/h/bar)。为了提高GO滤膜的水通量，需要对GO滤膜进行结构调控处理。现有的GO膜结构调控的方法一般是通过纳米点、纳米线或纳米片，如碳黑量子点、银纳米线或二氧化钛纳米片等，实现GO滤膜层间水通道的构筑。但是对水通量的提高有限，一般小于5000L/m2/h/bar，水通量仍然较低，难以适应工业化的大规模应用。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，旨在解决现有技术的GO滤膜水通量小的技术问题。
[0006]本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0007]提供水及无水乙醇，混合，得到水与乙醇的混合溶剂；
[0008]在所述混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；
[0009]向所述悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节所述悬浮液的PH；
[0010]向所述调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；
[0011]提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在所述基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。
[0012]优选的，所述水与所述无水乙醇的体积比的范围为(1:1)
‑
(1:50)。
[0013]优选的，所述缓冲溶液为氨水。
[0014]优选的，所述悬浮液的PH被所述缓冲液调节至7.5
‑
11。
[0015]优选的，所述硅烷包括硅酸四乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
[0016]优选的，所述GO/SiO2复合溶液中SiO2与GO的质量比的范围为(1:1)
‑
(10:1)。
[0017]优选的，所述超声处理的功率范围为100
‑
2000W，超声波的频率范围为10
‑
30KHz，超声的时间范围为1
‑
24h。
[0018]优选的，所述搅拌的时间范围为1min
‑
2h，搅拌的速度范围为1000
‑
3000r/min。
[0019]优选的，所述GO/SiO2复合滤膜的厚度范围为10nm
‑
20μm。
[0020]本申请的实施例还提供一种由所述制备方法制得的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜，所述GO/SiO2复合滤膜中的GO的表面被SiO2纳米颗粒全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了三维贯通的水通道。
[0021]相对于现有技术，本申请有如下优点：
[0022]本申请的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法通过氧化石墨烯表面大量硅烷的原位水解，实现了氧化石墨烯表面的SiO2纳米颗粒的全覆盖，全覆盖的SiO2纳米颗粒在滤膜内形成了均匀的、三维贯通的水通道，增大了滤膜内部的孔径，可以显著的提高滤膜的水通量，提升过滤效率。
[0023]此外，由于氧化石墨烯具有显著的电负性，对于带正电荷的染料具有显著的静电吸附作用，对其它电荷或不带电荷的染料分子不具有吸附作用，且由于GO表面完全覆盖了SiO2纳米颗粒，增大了层间距，可以透过较大的染料分子，两者共同作用，使得所述GO/SiO2复合滤膜具有选择透过性。若GO表面不能完全覆盖SiO2纳米颗粒，GO的层间距不能完全打开，则不能实现选择性过滤。
[0024]进一步的，本申请的具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，在制备过程中不包含静置及离心的步骤，且直接使用超声处理后制得的GO/SiO2复合滤液制备GO/SiO2复合滤膜。如此，可以完整的保留GO表面的SiO2纳米颗粒，可以有效避免GO表面原位负载SiO2被破坏而导致的SiO2纳米颗粒从GO表面分开的现象。
[0025]进一步的，与现有技术中的SiO2纳米颗粒与氧化石墨烯的机械混合方法相比，本申请的复合滤膜的制备方法能够避免SiO2纳米颗粒的团聚，且水解形成的SiO2的表面具有含氧官能团，SiO2表面的含氧官能团与氧化石墨烯GO表面的官能团发生的脱水缩合反应能够锚固SiO2纳米颗粒，从而获得结构稳定的滤膜。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本申请实施例1的GO/SiO2的透射电镜图；
[0028]图2是纯GO的透射电镜图；
[0029]图3是实施例1的GO/SiO2复合滤膜的宏观图；
[0030]图4是实施例1中的大豆油/水混合物的过滤前及过滤后的图；
[0031]图5是实施例1中的亚甲基蓝溶液溶液过滤前及过滤后的吸光度曲线图；
[0032]图6是实施例1中的丁基罗丹红B溶液过滤前及过滤后的吸光度曲线图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034]本申请实施例提供一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。本专利技术的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本专利技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜的制备方法，其包括如下步骤：提供水及无水乙醇，混合，得到水与乙醇的混合溶剂；在所述混合溶剂中加入GO，搅拌，得到悬浮液；向所述悬浮液中加入缓冲液，搅拌，调节所述悬浮液的PH；向所述调节PH后的悬浮液中加入硅烷，搅拌混合后超声处理，使硅烷水解，得到GO/SiO2复合溶液；提供基底，使用所述GO/SiO2复合溶液在所述基底上制备具有选择透过性的超高水通量的GO/SiO2复合滤膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水与所述无水乙醇的体积比的范围为(1:1)
‑
(1:50)。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述缓冲溶液为硼酸或氨水氨水。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述悬浮液的PH被调节至7.5
‑
11。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅烷包括硅酸四乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述GO/SiO2复合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱伟，傅华强，唐佳杰，陈鹏飞，王辰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：