[发明专利]一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜的制备方法，包括以下步骤：A)将表面功能化的细菌纤维素溶液与碳纳米管混合，得到第一混合溶液；B)将所述第一混合溶液与功能化的氧化石墨烯溶液混合超声后真空抽滤，得到功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜，得到的复合膜用作分离膜时能同时具有高通量高稳定性以及高分离效率。此外，将复合膜用氢碘酸或水合肼处理后，复合膜可以用作超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体涉及一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜及其制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道组成二维周期蜂窝点阵结构的平面薄膜，因其单原子厚度和几乎无摩擦的表面因而被认为是一种理想化的成膜基元体。其片层表面的π轨道上的离域电子云能够阻挡所有分子通过芳环中心的孔道，在分离时可以作为阻挡气体或者液体的介质。在石墨烯片层上制造孔洞，即可实现不同尺寸的分子的分离。

通过真空抽滤方法由氧化石墨烯溶液来构筑的氧化石墨烯分离膜是一种可大规模制备的方法。其过滤通道主要为相邻氧化石墨烯片层之间的空隙以及分离膜中无规则的褶皱结构形成的半圆形孔道。但是，真空抽滤会使氧化石墨烯片层致密堆叠，微米厚度的分离膜通量极低，纳米厚度的分离膜无法脱离基底膜的支撑而存在使其应用范围受阻。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜及其制备方法，本发明提供的复合膜具有高通量高稳定性和高分离效率。此外，将复合膜用氢碘酸或水合肼处理后，复合膜可以用作超级电容器材料。

本发明提供了一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将表面功能化的细菌纤维素溶液与碳纳米管混合，得到第一混合溶液；

B)将所述第一混合溶液与功能化的氧化石墨烯溶液混合超声后真空抽滤，得到功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜。

优选的，所述表面功能化的细菌纤维素按照如下方法进行制备：

将表面功能化试剂的溶液加至细菌纤维素溶液中，充分搅拌得到表面功能化的细菌纤维素溶液；

所述表面功能化试剂选自阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂优选为聚二烯丙基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和聚丙烯酰胺中的一种或多种；

所述细菌纤维素溶液是将细菌纤维素均匀分散在酰胺类溶剂中；

所述表面功能化试剂的溶液的浓度为0.01～1.0mg/mL；

所述细菌纤维素溶液的浓度为0.5～2mg/mL。

优选的，所述碳纳米管为酸化后的碳纳米管。

优选的，功能化的氧化石墨烯溶液按照如下方法进行制备：

将多巴胺的缓冲溶液与氧化石墨烯溶液混合，进行反应，得到功能化的氧化石墨烯溶液；

所述缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液；

所述多巴胺的缓冲溶液中多巴胺的浓度为5～50mg/mL；

所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.02～0.2mg/mL；

所述反应的温度40～80℃，所述反应的时间为12～36小时。