一种基于石墨烯的过滤膜及其制备方法与应用与流程

本发明属于水过滤
技术领域：
，更具体地说，涉及到一种基于石墨烯的过滤膜及其制备方法与应用。
背景技术：
：大多数化工、制药工厂或自来水公司依赖膜分离作为水过滤的主要工艺组成部分。目前，企业通常采用反渗透膜来净化水，反渗透膜可以截留大多数杂质和重金属，但随着净化时间过长，反渗透膜净化的水中会出现细菌，导致净化的水的品质下降，对饮用净化水的人造成身体伤害，或净化的水排到河流中污染水源。技术实现要素：基于此，本发明提供一种基于石墨烯的过滤膜及其制备方法与应用，可以提高水的净化效果，同时还能杀菌。为实现上述目的，采用如下技术方案：一种过滤膜，包括：多孔基底；位于所述多孔基底上的至少一个抗菌层和至少一个吸附层，其中，所述至少一个抗菌层和所述至少一个吸附层设有若干个孔，所述至少一个抗菌层包含石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，所述至少一个吸附层包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种。在其中一个实施例中，所述金属氧化物包含氧化铝、四氧化三铁、氧化硅、氧化镁和氧化锰的至少一种。在其中一个实施例中，所述氢氧化物包含氢氧化锆、氢氧化铝和氢氧化镁的至少一种。在其中一个实施例中，所述至少一个抗菌层上的若干个孔与所述多孔基底上的孔对齐。在其中一个实施例中，所述至少一个吸附层上若干个孔与所述至少一个抗菌层上若干个孔相互错开。在其中一个实施例中，所述至少一个吸附层位于所述至少一个抗菌层上，或所述至少一个吸附层位于所述多孔基底与所述至少一个所述抗菌层之间。在其中一个实施例中，所述至少一个抗菌层是官能化的。在其中一个实施例中，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述至少一个抗菌层。在其中一个实施例中，所述至少一个吸附层是官能化的。在其中一个实施例中，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述至少一个吸附层。在其中一个实施例中，所述多孔基底包括过滤膜。在其中一个实施例中，所述过滤膜为纳滤膜、反渗透膜和超滤膜的一种。在其中一个实施例中，所述多孔基底包括聚合物、陶瓷和金属中至少一种。一种过滤膜，包括：多孔基底；位于所述多孔基底上的第一抗菌层；位于所述第一抗菌层上的第一吸附层，其中，所述第一抗菌层和所述第一吸附层设有若干个孔，其中，若干个孔贯穿所述第一抗菌层和所述第一吸附层，所述第一抗菌层包含石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，所述第一吸附层包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种。在其中一个实施例中，所述多孔基底包括过滤膜。在其中一个实施例中，所述过滤膜为纳滤膜、反渗透膜和超滤膜的一种。在其中一个实施例中，所述多孔基底包括聚合物、陶瓷和金属中至少一种。在其中一个实施例中，所述第一抗菌层是官能化的。在其中一个实施例中，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述第一抗菌层。在其中一个实施例中，所述第一吸附层是官能化的。在其中一个实施例中，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述第一吸附层。本发明还提供了一种过滤膜的制备方法，包括步骤：s1、利用抗菌层分散液涂布或浸渍多孔基底；s2、利用吸附层分散液涂布或浸渍s1处理过的基底，干燥得到所述过滤膜。在其中一个实施例中，所述抗菌层分散液中二维材料的质量百分比含量为0.05％-6％。在其中一个实施例中，所述抗菌层分散液中二维材料的质量百分比含量为0.5％-4％。在其中一个实施例中，所述吸附层分散液中二维材料或改性二维材料的质量百分比含量为0.01％-2％。在其中一个实施例中，所述吸附层分散液中二维材料或改性二维材料的质量百分比含量为0.1％-1％。在其中一个实施例中，所述干燥的温度为40℃-60℃，所述干燥的时间为2-120min。在其中一个实施例中，所述干燥的温度为45℃-55℃，所述干燥的时间为20-100min。本发明还提供了一种所述的过滤膜或所述的制备方法所得到的过滤膜在物质分离过滤中的应用。本发明还提供了一种过滤器，包括：所述的过滤膜或所述的制备方法所得到的过滤膜；壳体，所述壳体具有容纳流体的空腔，所述空腔具有至少一个流体入口和至少一个已过滤的流体出口，所述过滤膜安装在所述空腔内。在其中一个实施例中，所述流体为水溶液。上述过滤膜通过在基底上设有吸附层，该吸附层为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种，通过上述材料可以很好的吸附重金属和杂质，经过吸附层的水流入抗菌层，该抗菌层为石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，石墨烯或氧化石墨烯利用活性官能团形成锋利的片边缘对细菌造成物理损伤或者生成活性氧簇从而诱发氧化应激反应，破坏微生物活性，从而除去水中的细菌或病毒。附图说明图1为本发明公开的过滤膜的示意图；图2为本发明公开的过滤器的示意图；数字标注说明：1多孔基底，2抗菌层，3吸附层，4,壳体，41流体入口，42流体出口。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。如图1所示，一种过滤膜，包括：多孔基底1；位于多孔基底1上的至少一个抗菌层2和至少一个吸附层3，其中，至少一个抗菌层2和至少一个吸附层3设有若干个孔，至少一个抗菌层2包含石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，至少一个吸附层3包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种。上述过滤膜通过在基底上设有吸附层，该吸附层为石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种，通过上述材料可以很好的吸附重金属和杂质，经过吸附层的水流入抗菌层，该抗菌层为石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，石墨烯或氧化石墨烯利用活性官能团形成锋利的片边缘对细菌造成物理损伤或者生成活性氧簇从而诱发氧化应激反应，破坏微生物活性，从而除去水中的细菌或病毒。可选地，金属氧化物包含氧化铝、四氧化三铁、氧化硅、氧化镁和氧化锰的至少一种。在本实施例中，金属氧化物优选为氧化铝。可选地，氢氧化物包含氢氧化锆、氢氧化铝和氢氧化镁的至少一种。在本实施例中，氢氧化物优选为氢氧化镁。在一个优选实施例中，至少一个抗菌层2上的若干个孔与多孔基底1上的孔对齐。这样可以保证流体的流量能够比较大，满足需求。在另一个优选实施例中，至少一个吸附层3上若干个孔与至少一个抗菌层2上若干个孔相互错开。这样，可以使流过吸附层3的流体能够通过抗菌层达到抑制细菌活性的目的。在一个优选实施例中，至少一个吸附层3位于所述至少一个抗菌层2上，或至少一个吸附层3位于多孔基底1至少一个所述抗菌层2之间。在一个优选实施例中，为了使抗菌层具有一定的物理性状，至少一个抗菌层2是官能化的。具体的，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化至少一个抗菌层2。在一个优选实施例中，为了使抗菌层具有一定的物理性状，至少一个吸附层3是官能化的。具体的，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述至少一个吸附层。在一个优选实施例中，多孔基底1包括过滤膜。具体的，所述过滤膜为纳滤膜、反渗透膜和超滤膜的一种。进一步的，多孔基底1包括聚合物、陶瓷和金属中至少一种。在一个优选实施例中，一种过滤膜，包括：多孔基底1；位于多孔基底1上的第一抗菌层；位于第一抗菌层上的第一吸附层，其中，第一抗菌层和第一吸附层设有若干个孔，其中，若干个孔贯穿第一抗菌层和第一吸附层，第一抗菌层包含石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种，第一吸附层包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯/金属氧化物复合材料和石墨烯/氢氧化物复合材料的至少一种。在一个优选实施例中，多孔基底1包括过滤膜。具体的，过滤膜为纳滤膜、反渗透膜和超滤膜的一种。进一步的，多孔基底1包括聚合物、陶瓷和金属中至少一种。在一个优选实施例中，为了使抗菌层具有一定的物理性状，第一抗菌层是官能化的。具体的，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化第一抗菌层。在一个优选实施例中，为了使抗菌层具有一定的物理性状，第一吸附层是官能化的。具体的，其中c-oh、o＝c-oh和c-o的至少一种官能化所述第一吸附层。本发明还提供了一种过滤膜的制备方法，包括步骤：s1、利用抗菌层分散液涂布或浸渍多孔基底；可选地，抗菌层分散液中二维材料的质量百分比含量为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、0.6％。s2、利用吸附层分散液涂布或浸渍s1处理过的基底，干燥得到过滤膜。可选地，吸附层分散液中二维材料或改性二维材料的质量百分比含量为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％。上述干燥的温度为40℃-60℃，干燥的时间为2-120min。在其中一个实施例中，所述干燥的温度为45℃-55℃，所述干燥的时间为20-100min。如图2所示，本发明还提供了一种过滤器，包括：上述任一项实施例所述的过滤膜或上述任一项实施例所述的制备方法所得到的过滤膜；壳体41，壳体41具有容纳流体的空腔，空腔具有至少一个流体入口41和至少一个已过滤的流体出口42，过滤膜安装在空腔内。进一步的，上述流体为水溶液。抗菌测试在抗菌测试中，在流入的水中引入大约0.6百万个菌落形成单位(cfu)的大肠菌。在大约10分钟后，对经过滤的出水进行大肠菌测试。将其它的0.6百万cpu的大肠菌以不同的时间间隔引入水流中，在等待大约10分钟后对出水的细菌污染物水平进行四次重复测试。结果如表1所示。表1注入样品和时间流量(l/min)总大肠菌(菌落数/cm3)0.6百万个cfu,14:001.660.6百万个cfu,14:101.7200.6百万个cfu,14:201.4400.6百万个cfu,14:301.5400.6百万个cfu,14:401.810对只有基底、普通抗菌层(不是石墨烯或石墨烯衍生物)进行细菌测试。在测试时每个样品都浸入每毫升含5,000cfu大肠菌的100毫升水中。结果如表2所示。表2从上述表1和表2可知，普通抗菌层可以降低细菌的活性，但相比石墨烯抗菌层，效果明显下降。因此，石墨烯或氧化石墨烯的抗菌层可以显著降低细菌的活性。渗透测试抗菌层、吸附层的渗透性可根据纯水渗透性表达。可例如使用封端式搅拌池(sterlitech)测量本发明所公开的抗菌层、吸附层的渗透性。抗菌层、吸附层的渗透性可受到例如存在的聚合物的量影响。因此，在多个方面，聚合物以约20重量％的量存在并且抗菌层、吸附层具有小于约4.00gfd/psi的纯水渗透性。在另一个方面，聚合物以约20重量％的量存在并且抗菌层、吸附层具有小于约3.50gfd/psi的纯水渗透性。在另一个方面，聚合物以约20重量％的量存在并且抗菌层、吸附层具有小于约3.00gfd/psi的纯水渗透性。在另一个方面，聚合物以约20重量％的量存在并且抗菌层、吸附层具有小于约3.50gfd/psi的纯水渗透性。在某些实施方案中，聚合物以约20重量％的量存在并且膜具有为约1.0gfd/psi、约2.1gfd/psi、约2.2gfd/psi、约2.3gfd/psi、约2.4gfd/psi、约2.5gfd/psi、约2.6gfd/psi、约2.7gfd/psi、约2.8gfd/psi、约2.9gfd/psi、或约3.0gfd/psi的纯水渗透性。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12