一種還原氧化石墨烯乳液分離薄膜及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體材料表面改性領(lǐng)域，具體涉及一種還原氧化石墨烯乳液分離薄膜及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]油類制品在社會發(fā)展和現(xiàn)代生活中起著不可估量的重要作用，然而隨之也產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染。其中一類普遍存在且棘手的污染源一乳化的水包油型混合物，由于嚴(yán)重威脅著環(huán)境和人類的健康，一直是一項亟待解決而又充滿挑戰(zhàn)的世界性課題。迄今為止，濾膜技術(shù)因其具有操作相對簡單的特點而被廣泛使用，然而不可避免的表面油污染問題限制了其大范圍的應(yīng)用。目前，利用固體表面的特殊浸潤性來制備乳液分離材料的發(fā)明已有了一些報道，但是其中大多數(shù)發(fā)明仍對具有納米/亞微米尺寸范圍內(nèi)的乳液束手無策，因此設(shè)計新型的水下超疏油性且具有抗油污能力的乳液分離材料至關(guān)重要。
[0003]近年來，石墨烯因其在物理、化學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而逐漸走進了人們的視野。目前，最簡便地制備石墨烯的方法是化學(xué)還原氧化石墨烯。常用的還原劑主要包括水合肼、對苯二酚、硼氫化鈉等，這些還原劑普遍具有較高的毒性。盡管還原氧化石墨烯材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于導(dǎo)電薄膜、納米填充材料以及接枝官能化聚合物的二次反應(yīng)平臺等方面，其在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用還鮮有人報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種還原氧化石墨烯乳液分離薄膜及其制備方法。
[0005]本發(fā)明所提供的還原氧化石墨烯乳液分離薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0006]1)將氧化石墨烯、還原劑和緩沖溶液混合進行反應(yīng)，得到反應(yīng)后所得溶液；
[0007]2)對反應(yīng)后所得溶液依次進行真空抽濾、干燥，得到還原氧化石墨烯乳液分離薄膜。
[0008]上述制備方法中，步驟1)中，所述氧化石墨烯是以氧化石墨烯水溶液的形式存在，所述氧化石墨稀水溶液的濃度為0.3-3.0mg/mL，具體可為0.2-1.8mg/mL，優(yōu)選為
0.29mg/mL、0.58mg/mL 或 1.74mg/mL。
[0009]所述還原劑是以還原劑水溶液的形式存在，所述還原劑水溶液的濃度為
1.0-4.0mg/mL，具體可為 1.5-4.0mg/mL，優(yōu)選為 1.5mg/mL、2.0mg/mL 或 4.0mg/mL。所述還原劑具體可為鹽酸多巴胺。
[0010]所述緩沖溶液具體可為三羥甲基氨基甲烷水溶液，所述緩沖溶液的濃度為0.1-2.0mol/L，具體可為 0.1-1.5mol/L，優(yōu)選為 1.0mol/L。
[0011]所述氧化石墨烯、還原劑和緩沖溶液的體積比為(9-65): (30-70):1,具體可為33:60:0.9、31.5:15:0.5、19.5:120:2。
[0012]所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為25-60°C，具體可為25°C，反應(yīng)時間為12?48h，具體可為18h、24h 或 48ho
[0013]上述制備方法中，步驟2)中，所述真空抽濾的抽濾壓力為0.01-0.1MPa，具體可為0.0lMPa。
[0014]所述真空抽濾前，還包括將多孔基底固定于真空抽濾裝置中，再將所述反應(yīng)后所得溶液滴加于所述多孔基底上的步驟。
[0015]所述多孔基底為微孔濾膜，所述微孔濾膜具體可為尼龍濾膜、醋酸纖維素濾膜、硝酸纖維素濾膜或混合纖維素酯濾膜(醋酸纖維素與硝酸纖維素的混合濾膜；購買自上海興亞凈化材料廠，直徑為50mm);所述微孔濾膜的孔徑為0.22?0.45 μ m，具體可為0.22 μπι或 0.45 μ m。
[0016]所述干燥的溫度為25-60 °C，具體可為25 °C。
[0017]上述制備方法中，步驟2)中，所述真空抽濾后，還包括對所述真空抽濾后而得到的薄膜進行清洗的步驟，具體可用去離子水沖洗。
[0018]本發(fā)明所制備得到的還原氧化石墨烯乳液分離薄膜也屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0019]所述還原氧化石墨烯乳液分離薄膜的孔徑為0?1 μ m，但不包括零。
[0020]所述還原氧化石墨烯乳液分離薄膜具有自支撐的性質(zhì)。
[0021]所述還原氧化石墨烯乳液分離薄膜具有耐強酸、弱堿和高鹽環(huán)境的性能。
[0022]此外，一種還原氧化石墨烯薄膜在油水分離中的應(yīng)用。
[0023]上述應(yīng)用中，所述還原氧化石墨烯薄膜為還原氧化石墨烯乳液分離薄膜；
[0024]所述油水為油水乳液，所述油水乳液具體為水包油型乳液，和/或，所述水包油型乳液粒徑為50-200nm。
[0025]所述水包油型乳液是通過如下方法制備得到:將表面活性劑、油和水按0.05:(1-10): (10-100)混合，并于600-1500rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌1.5_12h而得到。
[0026]其中，所述表面活性劑選自吐溫20 (Tween 20)、吐溫80 (Tween 80)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或十二烷基磺酸鈉(SDS)。
[0027]所述油選自甲苯、正己烷、1，2- 二氯乙烷、汽油或柴油。
[0028]所述水包油型乳液具體可選自Tween 20穩(wěn)定的水包甲苯乳液、CTAB穩(wěn)定的水包甲苯乳液、SDS穩(wěn)定的水包甲苯乳液、Tween 20穩(wěn)定的水包正己烷乳液、CTAB穩(wěn)定的水包正己烷乳液、SDS穩(wěn)定的水包正己烷乳液、Tween 20穩(wěn)定的水包柴油乳液、CTAB穩(wěn)定的水包柴油乳液或SDS穩(wěn)定的水包柴油乳液。
[0029]本發(fā)明利用還原氧化石墨烯乳液分離薄膜進行水包油型乳液分離時，水能通過所述還原氧化石墨烯乳液分離薄膜，油被阻擋在其外，能有效地實現(xiàn)乳液分離。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0031]1)采用貽貝類仿生方法合成，原料溫和、無毒、易得，制備過程簡單、省時省力，可以進行大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0032]2)可以實現(xiàn)在多種濾膜基底上制備乳液分離薄膜，該薄膜具有自支撐的性質(zhì)，能實現(xiàn)多種類型的水包油型乳液的分離，并具有分離效率高、可重復(fù)使用等優(yōu)點。
[0033]3)還原氧化石墨烯乳液分離薄膜具有超親水/水下超疏油的特殊浸潤性質(zhì)；還具有耐強酸、弱堿和高鹽環(huán)境的性能，具有很好的穩(wěn)定性，可多次循環(huán)使用。
【附圖說明】
[0034]圖la)為實施例1中所用的混合纖維素酯濾膜表面的掃描電鏡照片；圖lb)為實施例1制備的乳液分離薄膜的表面形貌掃描電鏡照片和放大倍數(shù)照片；圖lc)為實施例1制備的乳液分離薄膜靜置于蒲公英上方的照片；圖1d)為實施例1制備的乳液分離薄膜的AFM測試。
[0035]圖2為實施例2制備的乳液分離薄膜的浸潤性測試:其中，圖2a)為乳液分離薄膜對空氣中水的接觸角；圖2b)為乳液分離薄膜在水下對油的接觸角；圖2c)為乳液分離薄膜在水下對多種油的接觸角。
[0036]圖3為實施例2中制備的乳液分離薄膜進行乳液分離測試和結(jié)果圖:其中，圖3a)為Tween 20型表面活性劑穩(wěn)定的水包柴油的粒徑分布圖；圖3b)為CTAB型表面活性劑穩(wěn)定的水包柴油的粒徑分布圖；圖3c)為SDS型表面活性劑穩(wěn)定的水包柴油的粒徑分布圖；圖3d)為乳液分離薄膜對多種水包油型乳液的分離效率圖。
[0037]圖4為實施例3制備的乳液分離薄膜在多種環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性測試。
[0038]圖5為實施例3制備的乳液分離薄膜在多次重復(fù)使用后的表面浸潤性測試和掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0039]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0040]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
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