氧化石墨烯和尼龙6纳米复合纳滤膜的性能研究

氧化石墨烯凭借其优异的亲水性、化学稳定性、力学性能和抗污染性在水处理膜领域备受关注。然而，纯的氧化石墨烯膜在溶剂中并不稳定，而且氧化石墨烯膜的大规模制备也是一个重要挑战。传统的真空抽滤等方法并不适合大面积氧化石墨烯膜的制备。因此，制备大面积的、自支撑的、力学性能优异的高性能氧化石墨烯纳滤膜是迫切需要的。

静电纺丝技术制备自支撑的无纺布薄膜已经被应用到脱盐等领域。电纺无纺布具有高的孔隙率和互穿的网络结构，在水处理过程中需要较低的跨膜压力。近期，Chen等（Chen，2018）借助静电纺丝和静电喷网技术制备了氧化石墨烯和尼龙6纳米纤维的多层复合纳滤膜（GO@nylon 6纳滤膜）。GO片层黏附固定在尼龙6纳米纤维网络结构中，GO层的厚度可以通过静电喷网的时间调控。这种多层纳滤膜主要有三个优势：（1）静电喷网可制备均匀厚度可控的薄膜；（2）GO层和尼龙6纳米纤维层交织的结构有助于提高纳滤膜的力学稳定性；（3）静电纺丝方法有利于制备大面积的GO纳滤膜，面积可达20cm×30cm。

如图1-58所示，该GO@nylon6纳滤膜呈现GO层和尼龙6纳米纤维层层层堆叠的结构，GO和尼龙6之间没有发生化学反应。XRD结果表明GO@nylon6纳滤膜干态下的层间距为0.79nm，和纯GO膜的层间距差不多。将GO@nylon6纳滤膜分别浸泡在纯水、酸性和碱性溶液中，膜片在4周内能保持很好的完整性。对GO@nylon6纳滤膜的性能进行测试，在湿态下膜的层间距增大为1.14nm，GO层起到分子筛分的作用。通过对不同的染料分子和盐溶液进行测试（表1-3），结果表明，GO@nylon6纳滤膜可以达到11.15L/（m2·h·bar）的水通量，同时对有机染料分子保持很高的脱盐率（甲基蓝>95％，甲基橙>99％）。对硫酸钠、氯化钠、硫酸铜和硝酸铅的脱盐率分别为56.5％、27.6％、36.7％和18.9％。此外，GO@nylon6纳滤膜对一些常见的有机溶剂也有很高的通量，甲醇、乙醇和甲基吡咯烷酮的通量分别为8.4L/（m2·h·bar）、5.3L/（m2·h·bar）和0.8L/（m2·h·bar），同时在有机溶剂中也具有很好的化学稳定性。

(www.xing528.com)

图1-58

（a）大面积GO@nylon6纳滤膜照片；（b）（c）GO@nylon6纳滤膜的表面和截面扫描图；（d）GO@nylon6纳滤膜干态和湿态下的XRD图