基于氧化石墨烯納米帶多功能油水分離材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能分等級多孔復(fù)合網(wǎng)膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油泄漏和含油工業(yè)廢水排放已經(jīng)是一個世界性問題，這給海洋帶來許多有毒物 質(zhì)，通過海洋食物鏈傳遞到從低等植物藻類到高等哺乳動物包括人類的每一物種體內(nèi)，使 生物體物種和人類健康受到威脅。而工業(yè)廢水中除了含有不溶性的油，往往還含有大量分 散乳液和重金屬離子，由于其毒性和致癌作用，重金屬被認(rèn)為是威脅健康的"殺手"。隨著人 口的增加和淡水資源的匱乏，制備能夠穩(wěn)定循環(huán)使用、用于去除水中不同狀態(tài)油以及重金 屬離子的多功能分離膜已經(jīng)成為一個迫切的需求。
[0003] 傳統(tǒng)的重力驅(qū)動油水分離膜只能分離乳液或不互溶的油水混合物，不能夠分離溶 解在溶液中的金屬離子。就現(xiàn)有的油水分離網(wǎng)膜和吸附材料而言，分離過程和吸附過程均 是分別進(jìn)行的，分離后水需要進(jìn)行二次處理才能再使用。因此需要制備能夠功能匹配的，同 時進(jìn)行油水分離和重金屬吸附的分離膜，且分離膜能夠在使用后實現(xiàn)自清潔，防止油污染， 繼續(xù)循環(huán)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于氧化石墨烯納米帶多功能油水分離材料的制備方 法，該方法制備的多功能油水分離材料網(wǎng)膜可同時對含不互溶油水、金屬離子等多組分的 混合物進(jìn)行油水分離和重金屬吸附，這種一體式水凈化可再生膜，對保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)系 統(tǒng)平衡具有非常重要的意義。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種基于氧化石墨烯納米帶多功能油水分離材料的制備方法，采用氧化法結(jié)合真空抽 濾法制備多功能分等級油水分離材料，具體步驟如下： 一、氧化法切割功能化氧化石墨烯納米帶： (1) 量取2-50mL磷酸溶液加入到500mL的圓底燒瓶中，加入20-400mL濃硫酸，攪拌均 勻； (2) 稱取0.1 -IOg碳納米管加入到步驟（1)的混酸液中，攪拌0. l-5h ; (3) 將0. l-50g高錳酸鉀分3步緩慢加入到步驟（2)的混合液中，攪拌0. 5-lh ; (4) 將上述反應(yīng)體系移至30-70°C的油浴鍋中，攪拌反應(yīng)5-48h后降溫至室溫； (5) 將步驟（4)的溶液倒入含有2-50mL雙氧水（30%)的冰水混合液中凝結(jié)5-48h，此時 溶液變成墨綠色說明反應(yīng)已經(jīng)完全； (6) 將溶液超聲處理后加入50-2001^濃度為1-30%的鹽酸和100-30011^去離子水在聚 四氟乙烯膜上過濾洗滌； (7) 在真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨稀納米帶（GONRs)，超聲2-50min得到均一化 的GONRs懸浮液； (8)將0.1 -IOg IPDI加入GONRs懸浮液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)20-30h，最后得到 產(chǎn)物用二氯甲燒和DMF洗絳4-6次，冷凍干燥得到功能化氧化石墨稀納米帶。
[0006] 二、通過真空抽濾方法制備氧化石墨稀納米帶多孔薄膜： (1) 將氧化石墨烯納米帶分散在IOO-1000 mL去離子水中并超聲處理，制備均勻的氧化 石墨烯納米帶懸浮液，控制總超聲時間為0. 2-5小時，但其時間并不是連續(xù)的，5s超聲，5s 停止，同時，超聲處理的強(qiáng)度為100-200W，頻率為10-30 KHZ，電壓為100-220V ; (2) 將獲得的氧化石墨烯納米帶懸浮液通過真空抽濾濾過一層濾膜，使用濾紙的孔隙 大小為30-50 μ m，膜直徑為7cm，面積為38. 46cm2，由此產(chǎn)生的膜柔韌，可以沒有損害的輕 易地脫離濾紙。
[0007] 針對氧化石墨烯納米帶多功能網(wǎng)膜，通過其表面官能團(tuán)進(jìn)行重金屬離子吸附，其 作用機(jī)理如下：
【主權(quán)項】
1. 一種基于氧化石墨烯納米帶多功能油水分離材料的制備方法，其特征在于所述方法 步驟如下： 一、 氧化法切割功能化氧化石墨烯納米帶： (1) 量取2-50mL磷酸溶液加入到500mL的圓底燒瓶中，加入20-400mL濃硫酸，攪拌均 勻； (2) 稱取0.I-IOg碳納米管加入到步驟（1)的混酸液中，攪拌0.l-5h; (3) 將0.l-50g高錳酸鉀分3步緩慢加入到步驟（2)的混合液中，攪拌0. 5-lh; (4) 將上述反應(yīng)體系移至30-70°C的油浴鍋中，攪拌反應(yīng)5-48h后降溫至室溫； (5) 將步驟（4)的溶液倒入含有2-50mL雙氧水的冰水混合液中凝結(jié)5-48h，此時溶液 變成墨綠色說明反應(yīng)已經(jīng)完全； (6) 將溶液超聲處理后加入50-200mL鹽酸和100-300mL去離子水在聚四氟乙烯膜上過 濾洗滌； (7) 在真空干燥箱中干燥，得到GONRs，超聲2-50min得到均一化的GONRs懸浮液； (8) 將0.I-IOgIPDI加入GONRs懸浮液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)20-30h，最后得到 產(chǎn)物用二氯甲燒和DMF洗絳4-6次，冷凍干燥得到功能化氧化石墨稀納米帶； 二、 通過真空抽濾方法制備氧化石墨稀納米帶多孔薄膜： (1) 將功能化氧化石墨烯納米帶分散在IOO-1000 mL去離子水中并超聲處理，制備均勻 的氧化石墨烯納米帶懸浮液； (2) 將獲得的氧化石墨烯納米帶懸浮液通過真空抽濾濾過一層濾膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨稀納米帶多功能水分離材料的制備方法，其特 征在于所述雙氧水的濃度為30%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨稀納米帶多功能水分離材料的制備方法，其特 征在于所述鹽酸的濃度為1-30%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨稀納米帶多功能水分離材料的制備方法， 其特征在于所述步驟二（1)中，超聲處理的強(qiáng)度為100-200W，頻率為10-30KHZ，電壓為 100-220V〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨稀納米帶多功能水分離材料的制備方法，其特 征在于所述步驟二（1)中，總超聲時間為0. 2-5小時，5s超聲，5s停止。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨稀納米帶多功能水分離材料的制備方法，其特 征在于所述真空抽濾使用的濾紙孔隙大小為30-50ym，膜直徑為7cm，面積為38. 46cm2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于氧化石墨烯納米帶多功能油水分離材料的制備方法，所述方法步驟如下：一、氧化法切割功能化氧化石墨烯納米帶；二、通過真空抽濾方法制備氧化石墨烯納米帶多孔薄膜。本發(fā)明制備的多功能油水分離薄膜的面積為38±2cm2，多孔網(wǎng)狀薄膜孔徑為5-200nm。該方法制備的多功能水分離材料網(wǎng)膜可同時對含不互溶油水、金屬離子等多組分的混合物進(jìn)行油水分離和重金屬吸附，這種一體式水凈化可再生膜，對保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡具有非常重要的意義。
【IPC分類】B01J20-30, C02F1-62, C02F1-40, C02F1-28, B01J20-02, B01D17-02
【公開號】CN104815608
【申請?zhí)枴緾N201510220548
【發(fā)明人】劉宇艷, 張恩爽, 孫星卉, 樊志敏, 王友善
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月4日