一种多孔石墨烯纳米纤维膜的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及石墨稀纤维及其制备方法，具体涉及一种多孔石墨稀纳米纤维膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝技术是基于高压静电场下导电流体产生高速喷射的原理。在非牛顿流体溶液上通入几至几十千伏的高压(交流或直流)，在喷丝头和接地极间瞬时产生一个极不均匀的电场。电场强度超过某一临界值后，电场力将克服液滴表面张力形成射流，经过溶剂的挥发或熔体冷却最终在接收装置上得到纳米纤维膜。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺的物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。随着纳米技术的发展，静电纺丝作为一种简便有效的可生产纳米纤维的新型加工技术，将在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。
[0003]石墨稀作为一种新型的碳纳米材料，自2004年起获得了广泛的关注和研究。越来越多的研究发现，这种材料通过不同的方法制备可以获得高强度、大导热系数、高导电性能，大比表面积等优异性能。多孔石墨烯纳米纤维因其具有高比表面积、高孔隙率等特征，使其在物质的分离与富集、催化剂载体、医用生物材料、离子吸附、废水处理等领域存在较尚的应用价值。专利号CN102586946A通过将氧化石墨稀注入到液氣中获得多孔石墨稀纤维，专利号CN104451959A通过湿法纺丝工艺获得一种表面多孔高比表面积的石墨烯纤维。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供制备一种多孔石墨烯纳米纤维膜的方法，该多孔石墨烯纳米纤维膜因其具有高比表面积、高孔隙率等特征，使其在物质的分离与富集、催化剂载体、医用生物材料、离子吸附、废水处理等领域存在较高的应用价值。
[0005]本发明提供一种多孔石墨烯纳米纤维膜的制备方法，具体包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯加入无水乙醇中，氧化石墨烯的浓度为0.1?1%，超声分散1?3h后，得到分散均匀的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)将聚丙烯腈和制孔剂加入到N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的复合溶剂中，在温度T=60?80°C下搅拌溶解，制得浓度为5?20%的聚丙烯腈溶液；
(3)在搅拌条件下，将氧化石墨烯乙醇溶液按一定的比例逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，混合均匀静置脱泡后在静电纺丝装置中制备出聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜，静电纺丝条件为::纺丝电压为10?30kV，温度为20?40°C，相对湿度为30%?70%，纺丝距离为10?25cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5?1.0mL/h ；
(4)将步骤(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜置于50°C_70°C的水中30-40分钟，在温度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀纳米纤维膜。
[0006]上述方法步骤(2)中所述的制孔剂为聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种，其与聚丙烯腈的重量百分比为1?10%。
[0007]上述方法步骤(2)中所述的N，N_ 二甲基甲酰胺和丙酮质量比为8:2。
[0008]上述方法步骤(3)中所述的氧化石墨烯溶液与聚丙烯腈溶液的混合比例为1:5?
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[0009]本发明的有益效果:提供了一种利用静电纺丝技术制备多孔石墨烯纳米纤维膜的方法。将氧化石墨烯配制成氧化石墨烯乙醇溶液，在搅拌状态下逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，这使得氧化石墨烯在聚丙烯腈溶液中分散的更为均匀，避免了团聚和分散不均的现象，提高了氧化石墨烯和聚丙烯腈复合膜的孔隙率及比表面积，同时孔径分布均匀。本发明所使用的制孔剂是用途较为广泛的水溶性高分子，对环境没有污染且廉价易得，对环境友好，成本低。本发明制备工艺简单，成本低廉，制备的多孔石墨烯纳米纤维膜因其具有高比表面积、高孔隙率等特征，使其在物质的分离与富集、催化剂载体、医用生物材料、离子吸附、废水处理等领域存在较高的应用价值。
[0010]
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1为本发明实施例1所制备的多孔石墨烯纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图。
【具体实施方式】
[0013]现在结合具体地实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0014]实施例1
(1)将氧化石墨烯加入到无水乙醇中，氧化石墨烯的浓度为0.1%，超声分散2h后，得到分散均匀的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)将聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇与聚丙烯腈的重量百分比为5%)加入到质量比为8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的复合溶剂中，在温度T=60°C下搅拌溶解，制得浓度为10%的聚丙烯腈溶液；
(3)在磁力搅拌条件下，将氧化石墨烯乙醇溶液逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，氧化石墨烯溶液与聚丙烯腈溶液的混合比例为1:5，混合均匀静置脱泡后在静电纺丝装置中制备出聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜，静电纺丝条件为:纺丝电压为15kV，温度为25°C，相对湿度为30%，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5mL/h;
(4)将步骤(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜置于50°C?70°C的水中30分钟，在温度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀纳米纤维膜。
[0015]实施例2
(1)将氧化石墨烯加入到无水乙醇中，氧化石墨烯的浓度为0.3%，超声分散2h后，得到分散均匀的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)将聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇与聚丙烯腈的重量百分比为5%)加入到质量比为8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的复合溶剂中，在温度T=60°C下搅拌溶解，制得浓度为10%的聚丙烯腈溶液；
(3)在磁力搅拌条件下，将氧化石墨烯乙醇溶液逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，氧化石墨烯溶液与聚丙烯腈溶液的混合比例为1:10，混合均匀静置脱泡后在静电纺丝装置中制备出聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜，静电纺丝条件为:纺丝电压为15kV，温度为25°C，相对湿度为30%，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5mL/h;
(4)将步骤(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维膜置于50°C?70°C的水中30分钟，在温度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀纳米纤维膜。
[0016]实施例3
(1)将氧化石墨烯加入到无水乙醇中，氧化石墨烯的浓度为0.5%，超声分散2h后，得到分散均匀的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)将聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇与聚丙烯腈的重量百