[发明专利]一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法，其原料包含：聚丙烯腈粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2‑4):(1‑2)的混合物。改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2‑4):(3‑5):(1‑2)。本发明还提供了该石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法。本发明制备的纤维膜强度高，过滤效率高，不仅能够去除水中悬浮颗粒物、重金属、胶体等还能够去除水中的细菌和病原体。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纤维膜及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。同时石墨烯还具有优异的抗菌功能，应用在净水中空纤维膜中，可有效避免细菌滋生，防止二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯纤维膜及其制备方法，融合改性石墨烯，不仅能够过滤水中悬浮颗粒物、胶体、重金属颗粒，还能够阻隔细菌、病原体，同时发挥出石墨烯抗菌抑菌功能，避免水质二次污染，保证饮用水水质始终处于优质状态，保护人们身体健康。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的中空纤维膜的原料按质量百分比计包含：聚丙烯腈(PAN)粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；所述的致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2-4):(1-2)的混合物。

上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的氧化石墨烯溶液通过氧化石墨烯和去离子水制备；所述的氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等的方法制备的任意一种。

上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2-4):(3-5):(1-2)。

上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的溶剂为DMF(二甲基甲酰胺)。

本发明还提供了上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯溶液，得到功能性石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，经过搅拌、超声，再加入聚丙烯腈粉、致孔剂，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备铸膜液；步骤4，将步骤3制得的铸膜液，加入到反应釜中，进行过滤、脱泡，去除不溶物、气泡和杂质，开始排料，采用干湿法纺丝，纺出膜丝先经过空气通道，再进入凝固浴，经水洗后，于室温下浸泡在去离子水萃取浴中；步骤5，将步骤4所得的产物在水浴中进行两次拉伸，所得的膜丝经干燥，得到所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜。

上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤2中，称取氧化石墨烯粉体，并分散于去离子水中，常温状态下搅拌20～40min，然后超声30～60min，得到功能性石墨烯浆料；氧化石墨烯粉体在去离子水中的质量浓度为1％～15％。