磺化聚醚醚酮-氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜及制备和应用

摘要

本发明公开了一种磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜，该杂化膜是由磺化聚醚醚酮与氨基酸修饰氧化石墨烯所构成。其制备过程包括：首先将石墨片氧化制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯加入含有多巴胺的羟甲基氨基甲烷‑HCl溶液中，经螯合反应得到多巴胺改性的氧化石墨烯；将多巴胺改性的氧化石墨烯加入半胱氨酸溶液中接枝反应得到氨基酸修饰氧化石墨烯；继而将氨基酸修饰氧化石墨烯与磺化聚醚醚酮溶液共混得到铸膜液，经制膜得到该杂化膜。本发明的优点在于：制备过程简便，原料易得，条件温和，将本发明磺化聚醚醚酮/氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜用于CO₂/CH₄混合气体的分离，具有较高的选择性和渗透性。

主权项

一种磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用Hummer法制备氧化石墨烯，在反应容器中加入质量分数为98％的浓硫酸，然后将反应容器放到冰浴中剧烈搅拌，在搅拌过程中加入石墨片和硝酸钠；激烈搅拌，分批缓慢加入高锰酸钾得混合物A，高锰酸钾加入的过程中，体系温度不超过20℃，其中，石墨片和硝酸钠的质量比为(1～5):1，石墨片与高锰酸钾的质量比为1:(1～10)，石墨片为浓硫酸质量分数的2％～10％；混合物A在273～283K下连续搅拌1～5h，将混合物A移到恒温水浴中，在20～50℃的温度下，维持搅拌20～60min；向混合物A中缓慢加入去离子水，控制加水的速度使体系温度不超过100℃；将水浴温度提高到70～120℃，然后恒温2～8h，将反应物中倒入去离子水稀释，然后加入30％的双氧水，除去其中残留的高锰酸钾和二氧化锰；趁热过滤，用5％的盐酸充分洗涤，然后用蒸馏水洗涤至pH为中性，得氧化石墨烯；步骤2、制备氨基酸修饰氧化石墨烯：在pH为8.5的三羟甲基氨基甲烷‑HCl溶液中加入多巴胺，配制成浓度为2mg/ml的多巴胺溶液，按照氧化石墨烯与多巴胺的质量比为1:(1～4)，将步骤1制得的氧化石墨烯加入到多巴胺溶液中，室温下搅拌反应5～24h，经离心分离，先用水洗涤，然后用无水乙醇洗涤，干燥得到多巴胺改性的氧化石墨烯；然后，按照多巴胺改性的氧化石墨烯与半胱氨酸的质量比为1:(1～5)，将多巴胺改性的氧化石墨烯加入到质量分数为1～10％的半胱氨酸水溶液，温度40～65℃下油浴反应10～24h，冷却，离心，先用水洗涤再用无水乙醇洗涤，干燥，得氨基酸修饰氧化石墨烯；步骤3、制备磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜：室温搅拌下，将磺化度为45～100％的磺化聚醚醚酮加入到N,N‑二甲基乙酰胺溶剂中配制成浓度为5～20％的磺化聚醚醚酮溶液为溶液A；按磺化聚醚醚酮溶液中的磺化聚醚醚酮与步骤2制得的氨基酸修饰氧化石墨烯质量比在(0.92～0.98)：(0.08～0.02)，将氨基酸修饰氧化石墨烯加入到溶液A中，超声分散5～24h，静置1～5h脱泡，得磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯铸膜液，将该铸膜液倾倒在玻璃培养皿中，在温度60℃干燥12小时后，再在温度80℃干燥12小时，得到磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜；该磺化聚醚醚酮‑氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜厚度为60～85微米，由磺化聚醚醚酮与氨基酸修饰氧化石墨烯构成，其中磺化聚醚醚酮与氨基酸修饰氧化石墨烯质量比为(0.92～0.98)：(0.08～0.02)所述的磺化聚醚醚酮磺化度为45～100％。