一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜及其制备方法与应用

本发明属于环境化学领域，具体涉及一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜及其制备方法与应用，更为具体的是氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜作为吸附剂重复去除废水中染料的应用。

背景技术：

1、随着工业的发展，清洁和安全的水资源越来越少，这是世界范围内最普遍的问题之一。水中一种众所周知的污染物是染料家族。纺织、食品、造纸、印刷、橡胶、电镀、塑料、皮革和化妆品等许多行业，使用各种染料来赋予、增强或恢复其产品的颜色，以改善这些产品的特性和外观。对于这些行业，在生产过程中，染料通常溶解在水中；但染料并没有完全固定在制成品上，因此这些行业经常产生含染料的废水。含染料的废水不仅不美观，而且影响光线穿透到溪流中，导致水生生态系统遭到破坏。此外，一些染料及其降解产物也具有毒性，甚至会通过致癌和致突变作用对人体健康和水生生物群造成严重损害。因此，迫切需要开发一种绿色高效去除废水中染料的材料或吸附剂。

2、为了从工业废水中去除染料，已经开发了各种技术，包括物理、化学和生物技术。在这些策略中，吸附技术因其能耗低、操作方便、效率高和对多种染料的广泛适用性而值得广泛研究。在众多吸附剂中，碳基材料尤其是活性炭由于其高表面积和优异的吸附能力而获得了广泛的研究。然而，活性炭易燃且难以再生，其弱亲水性导致吸附剂与染料之间的相互作用较弱，限制了其在染料吸附中的进一步应用。氧化石墨烯(go)是一种二维碳纳米材料，具有超大的比表面积、高水溶性以及丰富的羟基、羧基、羰基和环氧基等含氧官能团，使其成为染料去除的理想吸附剂。通过go和吸附物之间的静电吸引力、π-π堆积和氢键相互作用的结合。许多研究小组报告了使用go作为吸附剂从水溶液中去除各种染料。然而，需要进一步解决与go从水溶液中去除染料有关的几个问题，以使go具有更实际的应用。首先，高水分散性go在吸附后很难从染料溶液中分离出来，因此水溶液中残留的go可能会造成二次污染。其次，对于go纳米片，存在许多含氧官能团，使水溶液中的go具有丰富的负电荷，因此go不能广泛适用于多种染料，只能去除水溶液中的阳离子染料。到目前为止，开发一种能够同时克服上述两个问题的有效方法仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜及其制备方法与应用，更为具体的是氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜作为吸附剂重复去除废水中染料的应用，以解决现有技术在去除废弃染料过程中容易对环境造成二次污染、操作繁琐且不能广泛应用于多种染料去除等问题。

2、本发明的实现过程如下：

3、一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜，将聚合物微凝胶和氧化石墨烯通过逐层自组装交替沉积在石英片或硅晶片基底上而形成的氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜。

4、一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜的制备方法，包括如下步骤；

5、(1)将石英片或硅晶片基底浸入食人鱼溶液中并加热至无气泡释放，然后用大量水冲洗后备用；

6、(2)自组装过程由可编程自组装仪器执行；首先，将步骤(1)处理后的石英片或硅晶片基底以恒定浸渍速率依次浸入聚合物微凝胶水溶液和氧化石墨烯水溶液中，分别保持在溶液中；其次，将沉积有氧化石墨烯和聚合物微凝胶的基底以固定控制速率从溶液中取出，均用去离子水洗涤；最后，氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜通过循环方式重复以上沉积的步骤来获得所需数量的沉积层数，得到氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜。

7、进一步，步骤(1)中所述食人鱼溶液为质量百分数为30％的h2o2和质量百分数为98％的h2so4按照体积比为1:3配制而成的混合物。

8、进一步，步骤(2)中所述聚合物微凝胶水溶液的浓度为1.0mg·ml-1；所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1mg·ml-1；恒定浸渍速率为1cm·s-1；保持在溶液中的时间100秒；控制取出速率为0.6cm·s-1。

9、进一步，步骤(2)中所述聚合物微凝胶的制备过程具体如下：

10、第一步，聚(烯丙胺盐酸盐)和葡聚糖交联合成了pahd微凝胶，合成的pahd微凝胶含有聚(烯丙胺盐酸盐)和葡聚糖，聚(烯丙胺盐酸盐)和葡聚糖的单体摩尔比为1.5:1；

11、第二步，为了增加氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜制备过程中pahd微凝胶的沉积量，将2.0mg·ml-1pahd微凝胶水溶液与0.1mol·l-1硼砂水溶液以5:4的体积比进一步交联制备得到聚合物微凝胶。

12、氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜作为吸附剂去除废水中染料的应用。

13、进一步，所述染料包括阴离子染料、阳离子染料和非离子染料。

14、进一步，所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜能够解吸后循环使用。

15、进一步，氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜在nacl水溶液中浸泡后实现快速释放吸附的染料。

16、本发明的积极效果：

17、(1)本发明所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜作为吸附剂可以重复使用并且高效去除废水中阴离子染料、阳离子染料和非离子染料，解决了现有技术在去除污染物时会对环境造成二次污染、操作繁琐且不能广泛应用于多种染料等问题，具有环境友好、反应条件温和、操作简便、成本低廉、收率高，且所用释放溶剂既绿色环保又廉价易得、高效等特点，符合当今社会的发展要求，具有良好的应用和发展前景。

18、(2)将氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜浸入0.9％生理盐水中时，可以快速释放吸附的染料。该方法可以将复合膜与废液直接分离，不需借助离心等手段，大大降低了操作的复杂性

技术特征：

1.一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜，其特征在于：将聚合物微凝胶和氧化石墨烯通过逐层自组装交替沉积在石英片或硅晶片基底上而形成的氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜。

2.一种氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤；

3.根据权利要求2所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述食人鱼溶液为质量百分数为30％的h2o2和质量百分数为98％的h2so4按照体积比为1:3配制而成的混合物。

4.根据权利要求2所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚合物微凝胶水溶液的浓度为1.0mg·ml-1；所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1mg·ml-1；恒定浸渍速率为1cm·s-1；保持在溶液中的时间100秒；控制取出速率为0.6cm·s-1。

5.根据权利要求2所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚合物微凝胶的制备过程具体如下：

6.氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜作为吸附剂去除废水中染料的应用。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于：所述染料包括阴离子染料、阳离子染料和非离子染料。

8.根据权利要求6所述应用，其特征在于：所述氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜能够解吸后循环使用。

9.根据权利要求6所述应用，其特征在于：氧化石墨烯-聚合物微凝胶的多层膜在nacl水溶液中浸泡后实现快速释放吸附的染料。

技术总结
本发明属于环境化学领域，具体涉及一种氧化石墨烯‑聚合物微凝胶的多层膜及其制备方法与其作为吸附剂去除废水中染料的应用。本发明将聚合物微凝胶和氧化石墨烯通过逐层自组装交替沉积在石英片或硅晶片基底上而形成的氧化石墨烯‑聚合物微凝胶的多层膜。本发明所述多层膜作为吸附剂可以重复使用并且高效去除废水中阴离子染料、阳离子染料和非离子染料，解决了现有技术在去除污染物时会对环境造成二次污染、操作繁琐且不能广泛应用于多种染料等问题，具有环境友好、反应条件温和、操作简便、成本低廉、收率高，且所用释放溶剂既绿色环保又廉价易得、高效等特点，符合当今社会的发展要求，具有良好的应用和发展前景。

技术研发人员：马善波,王林,李晓舟,石小鹏,张蕊,缪珊,王锦,李龙,李亮,姜文龙
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军军医大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12