一种双功能化氧化石墨烯填充杂化膜及制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种双功能化氧化石墨烯填充杂化膜，由聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物和双功能化的氧化石墨烯组成。其制备过程包括：合成氧化石墨烯，用聚乙烯亚胺和聚乙二醇对氧化石墨烯进行双功能化修饰获得双功能化的氧化石墨烯；配制聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物溶液；将双功能化的氧化石墨烯加入聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物溶液制得铸膜液制膜。本发明的优点包括：膜分离性能优异，过程简单，方法可控，通用性强。将该杂化膜用于分离CO₂/CH₄混合气，其CO₂通量为1200barrer，CO₂/CH₄选择性为40；用于分离CO₂/N₂混合气，其通量为1280barrer，CO₂/N₂选择性为110。

主权项

一种双功能化氧化石墨烯填充杂化膜的制备方法，该杂化膜厚度65‑105μm，并由质量分数为60‑98%的聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物和0.5‑20%的双功能化的氧化石墨烯组成，上述组分的含量之和为100%；其中，聚氧乙烯链段占嵌段共聚物质量分数的55‑60%，聚己内酰胺链段占嵌段共聚物质量分数的40‑45%，双功能化氧化石墨烯选用的功能化试剂为聚乙烯亚胺和聚乙二醇；其特征在于：制备该杂化膜包括以下步骤：步骤1、双功能化氧化石墨烯的制备：采用Hummer法合成氧化石墨烯：称取干燥的氧化石墨烯纳米片于去离子水中超声分散1h得0.005g/mL氧化石墨烯溶液，按质量比为1：1，将N‑羟基丁二酰亚胺和1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺加入到氧化石墨烯溶液中，其中N‑羟基丁二酰亚胺和氧化石墨烯质量比为1：0.2；然后加入聚乙烯亚胺，其质量和氧化石墨烯质量比为1：1，超声5min后室温下搅拌24h；获得的聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯溶液在截留分子量为3500的透析袋中用去离子水透析去除未反应的聚乙烯亚胺；按质量比为1：0.03，将聚乙二醇和N,N'‑羰基二咪唑溶解在无水二氯甲烷中获得浓度为0.05g/mL聚乙二醇溶液；该反应在室温氮气保护下搅拌12h，然后溶剂用旋转蒸发去除，用冰乙醚获得沉淀并在真空下干燥得活化的聚乙二醇；将活化的聚乙二醇溶解在去离子水中得1g/mL聚乙二醇溶液并逐滴加入聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯水溶液中室温下搅拌反应12h，产物用截留分子量为10,000的透析袋用去离子水对产物进行透析后获得聚乙烯醇和聚乙烯亚胺双功能化的氧化石墨烯；步骤2、聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物溶液的制备：按质量比1:（10‑50），将聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物加入质量分数为65‑75%的乙醇中，在温度75‑80℃下，回流加热75℃以上，搅拌0.5‑4h，使其完全溶解，得到质量分数为2‑7%聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物溶液；步骤3、双功能化氧化石墨烯填充杂化膜的制备：按质量比1:（200‑5000）的比例，将步骤1中所得的聚乙烯醇和聚乙烯亚胺双功能化的氧化石墨烯加入步骤2制得的聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物溶液中，于室温下搅拌5‑10h，将所得的铸膜液倒在干净的玻璃板上流延，于室温下晾干，然后放入真空烘箱中去除残留的溶剂，得到一种双功能化氧化石墨烯填充杂化膜。