一种高盐有机染印废水处理的应用的制作方法

本发明属于环保材料和水处理，具体涉及一种高盐有机染印废水处理的应用。

背景技术：

1、水资源的匮乏已成为人类长期生存面临的严峻挑战。随着全球工业化进程的加速推进，工业生产活动排放的各类污染物，尤其在纺织业中，其印染过程使用的染料、助剂和化学药剂会排放出高盐有机染印废水，不断侵入水体环境，这一趋势进一步加剧了水资源的稀缺性，并对社会经济的持续健康发展构成了显著制约。鉴于此，开发一种绿色环保，高效可靠的有机染印废水处理技术，高效分离盐组分和盐离子，显得尤为迫切和关键。

2、膜技术作为一种传统的水处理方法，凭借其低能耗、操作简便和环境友好的特性，近年来受到了越来越多的关注。石墨烯膜因其独特的物理化学结构，能够在水处理中实现离子和分子的精确筛分，展现出巨大的应用潜力。然而，要在保证高选择性的同时提高渗透性，即克服渗透性和选择性之间的“跷跷板”效应，制备出兼具高通量和选择性透过盐离子的石墨烯膜，依然是一个巨大的挑战。在石墨烯的二维平面内引入合适尺寸的纳米孔，既能利用纳米孔的空间位阻效应，实现水体中有机染料的去除，又能显著缩短水分子的传质路径，使得小尺寸的盐离子通过，并提升膜的水通量，是一种理想的方案。但是，该方案对制备的孔尺寸和其排布方式具有极高的要求。因此，亟待开发一种能够在石墨烯膜上精确引入纳米孔，并实现纳米孔合理排布的方法，制备兼具高选择性和高渗透性的多孔石墨烯膜。

技术实现思路

1、膜技术作为一种传统的水处理方法，具有低能耗、操作简便和环境友好的特性。石墨烯膜作为炙手可热的新一代膜分离材料，在染印废水的处理过程中受到了广泛关注，但如何突破膜分离过程固有的渗透性和选择性之间的“跷跷板”效应，制备兼具高通量和高选择性的石墨烯膜仍是一个极大的挑战。通过在石墨烯膜上引入尺寸精确调控的纳米孔洞，并使孔洞合理分布，有效缩短水分子传质路径，并对有机染料进行有效的截留是一种潜在的方法。本发明旨在提供一种以炭黑为原料制备的具备错位堆叠孔结构的多孔石墨烯膜的制备方法，制备的多孔石墨烯膜兼具高水通量和高分离效率，可以高效分离水体中的高盐有机染料，且制备过程绿色环保，能耗低。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种高盐有机染印废水处理的应用，包括以下步骤：

4、步骤一：以炭黑为原材料通过高温气体(o2，co，o3)还原合成多孔炭材料，经过高温石墨化处理，制备具有特殊纳米孔结构的多孔石墨材料；

5、步骤二：将具有特殊纳米孔结构的多孔石墨材料进一步氧化处理，得到氧化多孔石墨烯分散液，并进行超声；

6、步骤三：将氧化多孔石墨烯分散液加压过滤，沉积在多孔基底上，得到厚度可调，且石墨烯片层之间纳米孔结构错位排布的氧化多孔石墨烯膜，小尺寸的水分子和盐离子可以由石墨烯膜层间的超短纳米通道快速渗透过膜，膜上错位排布的纳米孔洞和狭窄的层间横向通道可以高效阻挡大分子的有机染料在膜内转运，从而对水体中的盐离子和有机组分进行分离。

7、优选地，所述多孔炭材料的缺陷程度，通过拉曼光谱的id/ig值评估，数值在0.7至1.2之间。

8、优选地，所述具有特殊纳米孔结构的多孔石墨烯材料中，特殊纳米孔结构的形状包括圆形、三角形、菱形、点状、长方形、正方形和不规则椭圆形。

9、优选地，所述具有特殊纳米孔结构的多孔石墨烯材料中，纳米孔的尺寸在0.5至3.0纳米之间。

10、优选地，所述步骤二中的氧化处理包括传统hummers法、改良hummers法、brodie法和staudenmaier法。

11、优选地，所述石墨烯片层之间纳米孔结构错位排布的氧化多孔石墨烯膜中，氧化后纳米孔结构的形状包括圆形、三角形、菱形、点状、长方形、正方形和不规则椭圆形。

12、优选地，所述石墨烯片层之间纳米孔结构错位排布的氧化多孔石墨烯膜中，纳米孔的尺寸在0.5至2纳米之间，片层的横向尺寸在20至60纳米之间。

13、优选地，所述石墨烯的厚度在200纳米至500微米之间。

14、优选地，在所述层间通道包括横向狭窄的层间通道，空间尺寸小于0.7纳米，纵向层间纳米孔基通道错位排布。

15、优选地，所述针对水体中的高盐有机染印废水污染物，盐浓度在500至2000mg/l之间，有机染料浓度在0.1至10mg/l之间纯化过程的施加压力为0mpa或0.02-5mpa。

16、本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

17、1.本发明方法制备过程绿色环保，易于操作，能量损耗低，和其它工艺协同度高；

18、2.本发明方法制备的多孔石墨烯膜由于具备特殊的纳米孔结构和狭窄的层间通道，制备的分离膜具备极高的渗透通量，比现有分离膜高出2-4个数量级，且分离能耗低，在染印废水处理领域具有良好的应用前景；

19、3.本发明方法制备的多孔石墨烯膜可以在无压力驱动的条件下对水体进行纯化，显著降低了染印废水处理的成本。

技术特征：

1.一种高盐有机染印废水处理的应用，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述多孔炭材料的缺陷程度，通过拉曼光谱的id/ig值评估，数值在0.7至1.2之间。

3.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述具有特殊纳米孔结构的多孔石墨烯材料中，特殊纳米孔结构的形状包括圆形、三角形、菱形、点状、长方形、正方形和不规则椭圆形。

4.根据权利要求3所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述具有特殊纳米孔结构的多孔石墨烯材料中，纳米孔的尺寸在0.5至3.0纳米之间。

5.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述步骤二中的氧化处理包括传统hummers法、改良hummers法、brodie法和staudenmaier法。

6.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述石墨烯片层之间纳米孔结构错位排布的氧化多孔石墨烯膜中，氧化后纳米孔结构的形状包括圆形、三角形、菱形、点状、长方形、正方形和不规则椭圆形。

7.根据权利要求6所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述石墨烯片层之间纳米孔结构错位排布的氧化多孔石墨烯膜中，纳米孔的尺寸在0.5至3.5纳米之间，片层的横向尺寸在20至60纳米之间。

8.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述石墨烯的厚度在200纳米至500微米之间。

9.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述层间通道包括横向狭窄的层间通道，空间尺寸小于0.7纳米，纵向层间纳米孔基通道错位排布。

10.根据权利要求1所述的一种高盐有机染印废水处理的应用，其特征在于：所述针对水体中的高盐有机染印废水污染物，盐浓度在500至2000mg/l之间，有机染料浓度在0.1至10mg/l之间纯化过程的施加压力为0mpa或0.02-5mpa。

技术总结
本发明属于环保材料和水处理技术领域，具体涉及一种高盐有机染印废水处理的应用。多孔石墨烯膜在垂直平面内具有合适尺寸的错位堆叠排布的纳米孔传质通道，横向平面内具备狭窄的层间传质通道，构成了可以使得小尺寸的水分子和盐离子快速渗透，但大尺寸有机染料无法渗透的二维纳米通道。本发明制备的多孔石墨烯膜在无操作压力和0.1MPa操作压力的情况下，对有机染料分子的截留率均大于99％，且其渗透通量比现有分离膜高出2‑4个数量级，并具有良好的染盐分离性能。本方法制备过程绿色环保、能量损耗低，应用过程无需压力，经济性价比极高、和其它工艺协同度高，在染印废水处理领域有巨大的应用前景。

技术研发人员：张建顺,李泰维,杜晓菲,石陶冶,计欣玥
受保护的技术使用者：炭索未来（南京）生态环境科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/16