氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜及制备方法和应用

摘要

本发明公开了氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜及制备方法和应用。该方法将亲水聚合物水敏剂与交联成膜剂按1：9～9：1混合，然后与纳米硅溶胶按质量比1：9～9：1溶于水中，磁力搅拌均匀配制成浓度1～99%的溶液，添加0.5～1%的氧化石墨烯作为无机交联剂，超声分散均匀；将100～300目织物丝网超声清洗，常温晾干，采用喷涂、浸涂或旋涂在丝网上成膜，烘干交联，得超亲水及水下超疏油的油水分离网膜。本发明的油水分离网膜在石墨烯的交联改性后具有优异的耐溶胀性和机械性能，在空气中对水和油的接触角均为0°，具有超亲水性；在水下对油滴的接触角大于150°，具有对油滴低粘附的特性。本发明的网膜可应用于油水混合物的分离及含油污水的处理。

主权项

氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用Hummers法制备氧化石墨烯：以质量份数计，将230～500份强酸置于冰水浴中，搅拌下加入10～25份原生石墨粉与5～10份硝酸钠，搅拌25～30min；加入30～60份氧化剂，反应1～1.5h；移至30～35℃水浴中搅拌，加入460～500份去离子水稀释，温度升至90～95℃；搅拌15～20min后，补加去离子水500～750份，加入25～50份质量浓度为25～30％的H₂O₂溶液，待到反应液的颜色为金黄色；用去离子水洗涤，加入3～5份质量浓度为35～36.5％的HCl溶液；用去离子水反复洗涤，直至pH＝6.5～7.5为止，最后将洗好的氧化石墨悬浮液抽滤，得到干燥的氧化石墨烯；所述强酸为浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓磷酸、浓高氯酸中的一种或多种；所述氧化剂为高锰酸钾、氯酸钾和重铬酸钾中的一种或多种；(2)采用Sol‐Gel法制备纳米溶胶：以四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或四乙氧基钛为原料，以醇类和水按质量比1：5～5：1配制成共溶剂，将原料与共溶剂按质量比1：1～1：5混合于20～80℃恒温水浴、搅拌，5～10min后，滴加催化剂，保温4～5h，即得到纳米溶胶；所述醇类为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和异丁醇中的一种或多种；所述催化剂为盐酸、硝酸、硼酸、硫酸、氨水、碳酸氢钠或氢氧化钠；(3)将亲水聚合物水敏剂与交联成膜剂按1：9～9：1的比例溶于水中，磁力搅拌均匀配制成溶液浓度为1～99％的溶液；所述水敏剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、二烯丙基季铵盐聚合物、壳聚糖、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、黄原胶和植物胶中的一种或两种；所述交联成膜剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸‐丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸‐丙烯酸酯共聚物、羟基丙烯酸树脂、氨基树脂和聚氨酯丙烯酸酯中的一种或者两种；(4)将步骤(2)中的纳米溶胶和步骤(3)中的溶液按质量比1：9～9：1的比例配制混合溶液，按上述混合溶液固体份质量的0.5～1％添加步骤(1)所得氧化石墨烯，控制最终总固体浓度为1～99％，超声分散均匀，得到氧化石墨烯交联改性的亲水纳米涂料；(5)将100～300目的织物丝网超声清洗，常温晾干；(6)将步骤(5)中得到的丝网浸入步骤(4)中的氧化石墨烯交联改性的亲水纳米涂料中，浸泡5～20min后将其垂直提拉起，或者采用旋涂或高压喷枪直接喷涂，将涂覆后的丝网挂在恒温真空烘箱中保持温度在100～200℃烘干交联；得氧化石墨烯改性超亲水超疏油油水分离膜。