[发明专利]一种具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法

说明书

一种具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法，它涉及一种石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法。本发明要解决现有光热转化材料在海水淡化过程中蒸发速度和光热转化效率低的问题。制备方法：一、凝胶纤维的制备；二、氧化石墨烯片层的制备；三、杂化凝胶膜的制备。本发明用于具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法。

背景技术

随着世界经济和技术的快速发展，导致了全球气候变化和水资源的严重匮乏。根据世界卫生组织的报告《饮用水、环境卫生和卫生方面的进展(2017)》，在2015年，有8亿4400万人仍然缺乏基本饮水服务，有1亿5900万人直接以地表水为水源并从中取水。在过去几十年中，利用反渗透技术进行海水淡化已成为从海水中获得纯净水的常用技术。但是，过滤和反冲洗过程会消耗大量的能源，从而增加水处理的成本。近年来，直接利用太阳能进行海水淡化技术逐渐受到科研工作者和技术公司的关注，通过利用各种光吸收剂收集和转换太阳能来产生可直接饮用的水，这项技术有望成为反渗透法淡化海水的替代科技。目前，常用的吸光材料主要有天然生物质材料和纳米碳材料，虽然前者具有易获得性、低成本、光吸收效果好等优点，但仍面临着低蒸发速度和低光热转化率的问题。如利用碳化的蘑菇作为光热蒸发材料，但是水蒸发速度低于1.5kg/m²h，光热转化效率低于80％。纳米碳材料(如石墨烯，碳纳米管)经过特殊处理后具有高比表面积和极佳的光热转化效率，因此逐渐成为光吸收材料研究的热点。然而，碳材料普遍具有亲水性差和水传输效率低的特点，因此将纳米碳材料与亲水材料相结合是目前构建光热蒸发材料的一种有效策略。静电纺丝技术是一种可以制备多孔纤维膜材料的手段，近年来开始被用于制备纳米凝胶膜材料。由于电纺凝胶膜的比表面积大，孔隙率高，亲水官能团丰富等特点，因此被广泛地应用于水处理、生物技术和组织工程等领域。目前，将超亲水的凝胶纤维和具有光热转化能力的石墨烯材料进行杂化复合，并作为光热蒸发材料尚未有所报道。

发明内容

本发明要解决现有光热转化材料在海水淡化过程中蒸发速度和光热转化效率低的问题，而提供一种具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法。

一种具有光热转化功能的石墨烯/纳米纤维杂化凝胶膜的制备方法是按以下步骤进行的：

一、凝胶纤维的制备：

在温度为80℃～90℃及搅拌速度为100rpm～300rpm的条件下，将醋酸纤维素与聚甲基丙烯酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌48h～72h，得到纺丝液，在高压电场为15kV～17kV、纺丝距离为20cm～30cm及注射泵推进速度为1mL/h～2mL/h的条件下，利用单轴静电纺丝装置将纺丝液进行纺丝，纺丝时间为8h～24h，然后利用平板式收丝方式，得到凝胶纤维；

所述的醋酸纤维素的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积为(0.5～1)g:8.5mL；所述的聚甲基丙烯酸的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积为(0.5～1)g:8.5mL；

二、氧化石墨烯片层的制备：

将鳞片石墨加入到混酸溶液中，得到混合溶液，在冰浴及搅拌速度为150rpm～200rpm的条件下，向混合溶液中加入高锰酸钾，搅拌1.5h～2h，然后在温度为35℃～40℃及搅拌速度为150rpm～200rpm的条件下，继续搅拌20h～24h，得到反应液，向反应液中加入去离子水稀释，再以加入速度为5mL/min～15mL/min，依次加入质量百分数为20％～40％的过氧化氢和质量百分数为5％～10％的稀盐酸，最后在转速为3000rpm～6000rpm的条件下，高速离心10min～20min，得到离心后产物，将离心后产物放入透析袋渗析3天～5天，得到浓度为8mg/mL～10mg/mL氧化石墨烯片溶液；