[发明专利]一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法，具体涉及将氧化石墨烯与聚乙烯醇配成纺丝原液进行电纺，经过交联剂处理之后得到高分离效率，湿膜强度好及优良耐水性能的可用于膜分离领域的氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜及其制备方法。

背景技术

聚乙烯醇具有高度亲水性、耐污染性以及良好的化学稳定性、热稳定性和成膜性能，因此聚乙烯醇膜被广泛用于超滤、纳滤、反渗透和渗透汽化等膜分离技术领域C,Kaya A.Desalination,2010,253(1):175-179.）。但聚乙烯醇膜存在着分离效率低、湿膜强度差、耐水性差等缺陷在一定程度上制约了聚乙烯醇膜的应用。传统的聚乙烯醇膜制备方法通常采用溶液浇筑法（蔡邦肖,张佩琴.华东理工大学学报:自然科学版,2006,32(2):235-240.），但是由溶液浇筑法制的的聚乙烯醇膜存在孔径分布不均匀，比表面积小，分离效率不高等缺点。所以在制备聚乙烯醇膜制备和应用的过程中最大的挑战，是如何解决聚乙烯醇膜湿膜强度差、耐水性差等缺陷以及制备高通量、高过滤效率聚乙烯醇膜。

姜云鹏等人用Stober法制备纳米级分散的SiO₂溶胶，并将其掺杂到聚乙烯醇水溶液中采用溶液浇筑的方法得到了均匀的SiO₂与聚乙烯醇复合膜（姜云鹏,王榕树.高分子材料科学与工程,2002,18(5):177-180.），通过将SiO₂与聚乙烯醇复合，聚乙烯醇与纳米SiO₂表面的羟基形成氢键，有效提高了聚乙烯醇膜的机械强度，通过这种方法制的的聚乙烯醇膜仍存在耐水性能差，湿膜强度低，分离效率不高的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术而提供了一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法，即通过静电纺丝将氧化石墨烯与聚乙烯醇电纺成膜再经过交联剂处理的方法。该方法制得的聚乙烯醇膜具有分离效率高，湿膜强度高，耐水性能好等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯加入去离子水中，氧化石墨烯和去离子水的质量比为1：100～1000，超声分散0.5～2h后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；

（2）将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与聚乙烯醇混合，然后在搅拌速度为30转/min～300转/min条件下，将混合溶液加热到60～100℃，保持其反应2～12h，冷却至室温，得到氧化石墨烯与聚乙烯醇的纺丝原液，氧化石墨烯与聚乙烯醇的纺丝原液中聚乙烯醇的质量分数为6wt%～12wt%；

（3）将氧化石墨烯与聚乙烯醇的纺丝原液静电纺丝，得到氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜，静电纺丝条件为：温度为20～50℃，纺丝电压为8～22kV，流速为0.01～10mL/h，纺丝接收距离为8～16cm，接收辊转速100～1500rpm，针头来回走速20～50cm/min，纺丝时间12h～48h。

进一步地，将氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜在丙酮、去离子水、盐酸和交联剂的混合溶液中处理1～12h，去离子水与丙酮的质量比为1:1～5，所述交联剂和盐酸在丙酮、去离子水、盐酸和交联剂的混合溶液中的质量分数分别为1wt%～6wt%和0.5wt%～1wt%，得到经过交联的氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜。

具体地，所述交联剂为马来酸酐、戊二醛、乙二醛、甲醛、苯二甲酰氯、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、苯二甲酸或环氧氯丙烷中的一种或几种。

本发明的有益效果是：提供了一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法。将hummers法制备的氧化石墨烯配成氧化石墨烯溶液与聚乙烯醇的混合，使氧化石墨烯在聚乙烯醇溶液中的分散得更为均匀，避免在制备聚乙烯醇溶液搅拌过程中将氧化石墨烯粉末直接加入，导致氧化石墨烯分散不开、形成团聚影响氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的机械强度和耐水性，并通过静电纺丝的手段，提高了氧化石墨烯和聚乙烯醇复合膜的孔隙率及比表面积，同时孔径分布均匀。氧化石墨烯与聚乙烯醇之间存在氢键相互作用，通过在聚乙烯醇中加入氧化石墨烯，能改善复合膜的湿膜强度和耐水性能。复合膜在经过交联剂处理后改善了其耐水性，由于交联剂的引入束缚了分子链的移动，进一步提高了复合膜的机械强度，通过这种方式得到的复合膜过滤效率高，湿膜强度高，耐水性能好，同时还保留了聚乙烯醇膜本身耐污染性能的优点，从而使聚乙烯醇膜有望在膜分离技术领域的得到更广泛的应用。

具体实施方式