專利名稱：一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行修飾改性的方法。
背景技術(shù)：
與其它分離工藝相比，膜分離是一種相對(duì)簡單、耗能低的分離工藝。膜分離通過膜組件實(shí)現(xiàn)，其核心部分是過濾膜。與有機(jī)膜相比，陶瓷過濾膜具有熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、易再生、容易清洗、易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，在食品、飲料(膜過濾)、醫(yī)藥衛(wèi)生(膜除菌)、石油化工(加氫、脫氫)、生物技術(shù)(高溫除菌)、環(huán)境工程(如汽車尾氣的凈化)以及新型 能源(分離氫)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，尤其在涉及高溫高壓和腐蝕的環(huán)境中，具有其它膜材料無可比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，隨著陶瓷過濾膜應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，其應(yīng)用環(huán)境日益復(fù)雜多變，需要陶瓷過濾膜滿足更高的要求，也使得陶瓷過濾膜在研究和應(yīng)用過程中凸顯出諸如分離效率低、在使用操作過程中性能不穩(wěn)定(尤其是膜分離酸性或堿性溶液時(shí)耐酸堿性差)等關(guān)鍵問題，導(dǎo)致其使用性能和分離效果難以滿足實(shí)際需求，使用壽命較短，從而影響了進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。目前，為提高陶瓷過濾膜的性能，現(xiàn)有技術(shù)大多通過對(duì)陶瓷過濾膜進(jìn)行修飾改性來實(shí)現(xiàn)。對(duì)陶瓷過濾膜的改性可分為膜表面改性和膜孔內(nèi)表面改性，目前主要集中在后者，通過均相沉淀法、絡(luò)合及醇鹽水解法、原位生成法將用作改性的第二組分沉積在原始膜的孔內(nèi)壁，或?qū)⒌诙M分與原始膜材質(zhì)晶粒表面的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而鍵合在孔內(nèi)壁，從而使改性后的陶瓷過濾膜具有更小的孔徑、而分離效率或催化性能更高。然而，隨著陶瓷過濾膜應(yīng)用的快速發(fā)展，目前現(xiàn)有的修飾改性技術(shù)仍然不能很好地解決所存在的問題，不僅使用性能及分離效率難以達(dá)到要求，而且工藝復(fù)雜、制造成本高。為此，如何對(duì)陶瓷過濾膜進(jìn)行有效的修飾改性以滿足實(shí)際需求，已成為當(dāng)前亟需解決的緊迫問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，通過改善陶瓷微濾膜的親水或憎水性能，以顯著提高陶瓷微濾膜的分離效率，并有效提高耐酸堿性能，從而獲得良好的分離效果，并大大延長陶瓷微濾膜的使用壽命O本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，包括以下步驟(I)改性溶液的制備以石墨如鱗片石墨、可膨脹石墨、微晶石墨等為原料，采用濕化學(xué)氧化法如Staudenmaier法、Brodie法或Hmnmers法制備氧化石墨烯分散水溶液,所述氧化石墨烯分散水溶液的固含量為O. 01 O. lwt%,以O(shè). 02 O. 05wt%為宜；(2)修飾改性處理將陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入所述氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，烘干后冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(I)中氧化石墨烯的粒徑為50 lOOnm。所述步驟(2)中真空度為-O. 6 -I. Obar,處理時(shí)間為I 2h。所述步驟(3)中烘干處理的溫度為90 105°C，烘干時(shí)間為8 12h。上述方案中，本發(fā)明所述陶瓷微濾膜為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、石英、莫來石、堇青石、粘土質(zhì)陶瓷微濾膜。本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明以氧化石墨烯為改性物質(zhì)，通過對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行表面修飾改性，改善了陶瓷微濾膜的親水或憎水性能，顯著提高了陶瓷微濾膜的分離效率，同時(shí)有效提高了耐酸堿性能，從而獲得良好的分離效果，并有助于提高陶瓷微濾膜的使用壽命。此外，本發(fā)明具有工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保、操作條件易控等優(yōu)點(diǎn)，有利于進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。


下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖I是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下(I)改性溶液的制備以鱗片石墨為原料,采用Staudenmaier法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為60nm、溶液固含量為O. 05wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將氧化鋁質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-O. Sbar的真空度后保持lh，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在105°C溫度下烘干8h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性氧化鋁質(zhì)陶瓷微濾膜。實(shí)施例二 本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下(I)改性溶液的制備以可膨脹石墨為原料，采用Brodie法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為80nm、溶液固含量為O. 05wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將氧化鈦質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-O. Sbar真空度后保持I. 5h，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在100°C溫度下烘干10h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性氧化鈦質(zhì)陶瓷微濾膜。 實(shí)施例三本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下(I)改性溶液的制備以微晶石墨為原料，采用Hummers法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為50nm、溶液固含量為O. 02wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將氧化鋯質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-O. 6bar的真空度后保持2h，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在95°C溫度下烘干12h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性氧化鋯質(zhì)陶瓷微濾膜。實(shí)施例四本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下(I)改性溶液的制備以鱗片石墨為原料，采用Hummers法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為70nm、溶液固含量為O. 05wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將石英質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-O. Sbar的真空度后保持I. 5h，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在100°C溫度下烘干10h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性石英質(zhì)陶瓷微濾膜。實(shí)施例五本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下
(I)改性溶液的制備以可膨脹石墨為原料，采用Hummers法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為lOOnm、溶液固含量為O. 05wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將莫來石質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-I. Obar的真空度后保持lh，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在90°C溫度下烘干12h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性莫來石質(zhì)陶瓷微濾膜。實(shí)施例六本實(shí)施例一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，如圖I所示，其步驟如下(I)改性溶液的制備以微晶石墨為原料,采用Staudenmaier法合成制備氧化石墨烯分散水溶液；通過清洗分離、超聲波粉碎處理，得到氧化石墨烯粒徑為50nm、溶液固含量為O. 02wt%且分散均勻穩(wěn)定的氧化石墨烯分散水溶液；(2)修飾改性處理將堇青石質(zhì)陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，即密封后抽真空，達(dá)到-O. Sbar的真空度后保持I. 5h，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性；(3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，在105°C溫度下烘干8h，冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性堇青石質(zhì)陶瓷微濾膜。上述實(shí)施例一 六氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的性能指標(biāo)如表I所示。表I實(shí)施例一 六氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)改性溶液的制備以石墨為原料，采用濕化學(xué)氧化法制備氧化石墨烯分散水溶液，所述氧化石墨烯分散水溶液的固含量為O. Ol O. lwt% ； (2)修飾改性處理將陶瓷微濾膜置于反應(yīng)釜并完全浸入所述氧化石墨烯分散水溶液中，采用真空浸潰涂覆的方式，對(duì)陶瓷微濾膜進(jìn)行氧化石墨烯修飾改性； (3)改性陶瓷微濾膜的熱處理將真空浸潰涂覆后的陶瓷微濾膜取出并置于烘箱中，烘干后冷卻至室溫，即得到氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于所述步驟(I)中氧化石墨烯分散水溶液的固含量為O. 02 O. 05wt%o
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于所述步驟(I)中氧化石墨烯的粒徑為50 lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于所述步驟(2)中真空度為-O. 6 -I. Obar，處理時(shí)間為I 2h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于所述步驟(3)中烘干處理的溫度為90 105°C，烘干時(shí)間為8 12h。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，其特征在于所述陶瓷微濾膜為氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、石英、莫來石、堇青石、粘土質(zhì)陶瓷微濾膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜的方法，通過改性溶液即氧化石墨烯分散水溶液的制備、真空浸漬涂覆陶瓷微濾膜、烘干處理，得到氧化石墨烯修飾改性陶瓷微濾膜。本發(fā)明顯著提高了陶瓷微濾膜的分離效率，同時(shí)有效提高了耐酸堿性能，從而獲得良好的分離效果，并有助于提高陶瓷微濾膜的使用壽命。此外，本發(fā)明工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保、操作條件易控，有利于進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01D69/02GK102908908SQ20121045126
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者周健兒, 胡學(xué)兵, 于云, 汪永清, 常啟兵, 張小珍, 梁健, 宋力昕 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院