基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多功能分等级多孔复合网膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 石油泄漏和含油工业废水排放已经是一个世界性问题，这给海洋带来许多有毒物 质，通过海洋食物链传递到从低等植物藻类到高等哺乳动物包括人类的每一物种体内，使 生物体物种和人类健康受到威胁。而工业废水中除了含有不溶性的油，往往还含有大量分 散乳液和重金属离子，由于其毒性和致癌作用，重金属被认为是威胁健康的"杀手"。随着人 口的增加和淡水资源的匮乏，制备能够稳定循环使用、用于去除水中不同状态油以及重金 属离子的多功能分离膜已经成为一个迫切的需求。
[0003] 传统的重力驱动油水分离膜只能分离乳液或不互溶的油水混合物，不能够分离溶 解在溶液中的金属离子。就现有的油水分离网膜和吸附材料而言，分离过程和吸附过程均 是分别进行的，分离后水需要进行二次处理才能再使用。因此需要制备能够功能匹配的，同 时进行油水分离和重金属吸附的分离膜，且分离膜能够在使用后实现自清洁，防止油污染， 继续循环使用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方 法，该方法制备的多功能油水分离材料网膜可同时对含不互溶油水、金属离子等多组分的 混合物进行油水分离和重金属吸附，这种一体式水净化可再生膜，对保护环境、维持生态系 统平衡具有非常重要的意义。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方法，采用氧化法结合真空抽 滤法制备多功能分等级油水分离材料，具体步骤如下： 一、氧化法切割功能化氧化石墨烯纳米带： (1) 量取2-50mL磷酸溶液加入到500mL的圆底烧瓶中，加入20-400mL浓硫酸，搅拌均 匀； (2) 称取0.1 -IOg碳纳米管加入到步骤（1)的混酸液中，搅拌0. l-5h ; (3) 将0. l-50g高锰酸钾分3步缓慢加入到步骤（2)的混合液中，搅拌0. 5-lh ; (4) 将上述反应体系移至30-70°C的油浴锅中，搅拌反应5-48h后降温至室温； (5) 将步骤（4)的溶液倒入含有2-50mL双氧水（30%)的冰水混合液中凝结5-48h，此时 溶液变成墨绿色说明反应已经完全； (6) 将溶液超声处理后加入50-2001^浓度为1-30%的盐酸和100-30011^去离子水在聚 四氟乙烯膜上过滤洗涤； (7) 在真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨稀纳米带（GONRs)，超声2-50min得到均一化 的GONRs悬浮液； (8)将0.1 -IOg IPDI加入GONRs悬浮液中，在氮气保护下搅拌反应20-30h，最后得到 产物用二氯甲烧和DMF洗绦4-6次，冷冻干燥得到功能化氧化石墨稀纳米带。
[0006] 二、通过真空抽滤方法制备氧化石墨稀纳米带多孔薄膜： (1) 将氧化石墨烯纳米带分散在IOO-1000 mL去离子水中并超声处理，制备均匀的氧化 石墨烯纳米带悬浮液，控制总超声时间为0. 2-5小时，但其时间并不是连续的，5s超声，5s 停止，同时，超声处理的强度为100-200W，频率为10-30 KHZ，电压为100-220V ; (2) 将获得的氧化石墨烯纳米带悬浮液通过真空抽滤滤过一层滤膜，使用滤纸的孔隙 大小为30-50 μ m，膜直径为7cm，面积为38. 46cm2，由此产生的膜柔韧，可以没有损害的轻 易地脱离滤纸。
[0007] 针对氧化石墨烯纳米带多功能网膜，通过其表面官能团进行重金属离子吸附，其 作用机理如下：
【主权项】
1. 一种基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方法，其特征在于所述方法 步骤如下： 一、 氧化法切割功能化氧化石墨烯纳米带： (1) 量取2-50mL磷酸溶液加入到500mL的圆底烧瓶中，加入20-400mL浓硫酸，搅拌均 匀； (2) 称取0.I-IOg碳纳米管加入到步骤（1)的混酸液中，搅拌0.l-5h; (3) 将0.l-50g高锰酸钾分3步缓慢加入到步骤（2)的混合液中，搅拌0. 5-lh; (4) 将上述反应体系移至30-70°C的油浴锅中，搅拌反应5-48h后降温至室温； (5) 将步骤（4)的溶液倒入含有2-50mL双氧水的冰水混合液中凝结5-48h，此时溶液 变成墨绿色说明反应已经完全； (6) 将溶液超声处理后加入50-200mL盐酸和100-300mL去离子水在聚四氟乙烯膜上过 滤洗涤； (7) 在真空干燥箱中干燥，得到GONRs，超声2-50min得到均一化的GONRs悬浮液； (8) 将0.I-IOgIPDI加入GONRs悬浮液中，在氮气保护下搅拌反应20-30h，最后得到 产物用二氯甲烧和DMF洗绦4-6次，冷冻干燥得到功能化氧化石墨稀纳米带； 二、 通过真空抽滤方法制备氧化石墨稀纳米带多孔薄膜： (1) 将功能化氧化石墨烯纳米带分散在IOO-1000 mL去离子水中并超声处理，制备均匀 的氧化石墨烯纳米带悬浮液； (2) 将获得的氧化石墨烯纳米带悬浮液通过真空抽滤滤过一层滤膜。
2. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨稀纳米带多功能水分离材料的制备方法，其特 征在于所述双氧水的浓度为30%。
3. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨稀纳米带多功能水分离材料的制备方法，其特 征在于所述盐酸的浓度为1-30%。
4. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨稀纳米带多功能水分离材料的制备方法， 其特征在于所述步骤二（1)中，超声处理的强度为100-200W，频率为10-30KHZ，电压为 100-220V〇
5. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨稀纳米带多功能水分离材料的制备方法，其特 征在于所述步骤二（1)中，总超声时间为0. 2-5小时，5s超声，5s停止。
6. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨稀纳米带多功能水分离材料的制备方法，其特 征在于所述真空抽滤使用的滤纸孔隙大小为30-50ym，膜直径为7cm，面积为38. 46cm2。
【专利摘要】本发明公开了一种基于氧化石墨烯纳米带多功能油水分离材料的制备方法，所述方法步骤如下：一、氧化法切割功能化氧化石墨烯纳米带；二、通过真空抽滤方法制备氧化石墨烯纳米带多孔薄膜。本发明制备的多功能油水分离薄膜的面积为38±2cm2，多孔网状薄膜孔径为5-200nm。该方法制备的多功能水分离材料网膜可同时对含不互溶油水、金属离子等多组分的混合物进行油水分离和重金属吸附，这种一体式水净化可再生膜，对保护环境、维持生态系统平衡具有非常重要的意义。
【IPC分类】B01J20-30, C02F1-62, C02F1-40, C02F1-28, B01J20-02, B01D17-02
【公开号】CN104815608
【申请号】CN201510220548
【发明人】刘宇艳, 张恩爽, 孙星卉, 樊志敏, 王友善
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月4日