一種多孔石墨烯納米纖維膜的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及石墨稀纖維及其制備方法，具體涉及一種多孔石墨稀納米纖維膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]通過靜電紡絲技術制備納米纖維材料是近十幾年來世界材料科學技術領域的最重要的學術與技術活動之一。靜電紡絲技術是基于高壓靜電場下導電流體產生高速噴射的原理。在非牛頓流體溶液上通入幾至幾十千伏的高壓(交流或直流)，在噴絲頭和接地極間瞬時產生一個極不均勻的電場。電場強度超過某一臨界值后，電場力將克服液滴表面張力形成射流，經過溶劑的揮發或熔體冷卻最終在接收裝置上得到納米纖維膜。靜電紡絲并以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡的物質種類繁多、工藝可控等優點，已成為有效制備納米纖維材料的主要途徑之一。靜電紡絲技術已經制備了種類豐富的納米纖維，包括有機、有機/無機復合和無機納米纖維。隨著納米技術的發展，靜電紡絲作為一種簡便有效的可生產納米纖維的新型加工技術，將在生物醫用材料、過濾及防護、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領域發揮巨大作用。
[0003]石墨稀作為一種新型的碳納米材料，自2004年起獲得了廣泛的關注和研究。越來越多的研究發現，這種材料通過不同的方法制備可以獲得高強度、大導熱系數、高導電性能，大比表面積等優異性能。多孔石墨烯納米纖維因其具有高比表面積、高孔隙率等特征，使其在物質的分離與富集、催化劑載體、醫用生物材料、離子吸附、廢水處理等領域存在較尚的應用價值。專利號CN102586946A通過將氧化石墨稀注入到液氣中獲得多孔石墨稀纖維，專利號CN104451959A通過濕法紡絲工藝獲得一種表面多孔高比表面積的石墨烯纖維。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供制備一種多孔石墨烯納米纖維膜的方法，該多孔石墨烯納米纖維膜因其具有高比表面積、高孔隙率等特征，使其在物質的分離與富集、催化劑載體、醫用生物材料、離子吸附、廢水處理等領域存在較高的應用價值。
[0005]本發明提供一種多孔石墨烯納米纖維膜的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)將氧化石墨烯加入無水乙醇中，氧化石墨烯的濃度為0.1?1%，超聲分散1?3h后，得到分散均勻的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)將聚丙烯腈和制孔劑加入到N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復合溶劑中，在溫度T=60?80°C下攪拌溶解，制得濃度為5?20%的聚丙烯腈溶液；
(3)在攪拌條件下，將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，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜，靜電紡絲條件為::紡絲電壓為10?30kV，溫度為20?40°C，相對濕度為30%?70%，紡絲距離為10?25cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5?1.0mL/h ；
(4)將步驟(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜置于50°C_70°C的水中30-40分鐘，在溫度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀納米纖維膜。
[0006]上述方法步驟(2)中所述的制孔劑為聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種，其與聚丙烯腈的重量百分比為1?10%。
[0007]上述方法步驟(2)中所述的N，N_ 二甲基甲酰胺和丙酮質量比為8:2。
[0008]上述方法步驟(3)中所述的氧化石墨烯溶液與聚丙烯腈溶液的混合比例為1:5?
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[0009]本發明的有益效果:提供了一種利用靜電紡絲技術制備多孔石墨烯納米纖維膜的方法。將氧化石墨烯配制成氧化石墨烯乙醇溶液，在攪拌狀態下逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，這使得氧化石墨烯在聚丙烯腈溶液中分散的更為均勻，避免了團聚和分散不均的現象，提高了氧化石墨烯和聚丙烯腈復合膜的孔隙率及比表面積，同時孔徑分布均勻。本發明所使用的制孔劑是用途較為廣泛的水溶性高分子，對環境沒有污染且廉價易得，對環境友好，成本低。本發明制備工藝簡單，成本低廉，制備的多孔石墨烯納米纖維膜因其具有高比表面積、高孔隙率等特征，使其在物質的分離與富集、催化劑載體、醫用生物材料、離子吸附、廢水處理等領域存在較高的應用價值。
[0010]
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]圖1為本發明實施例1所制備的多孔石墨烯納米纖維膜的掃描電鏡(SEM)圖。
【具體實施方式】
[0013]現在結合具體地實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0014]實施例1
(1)將氧化石墨烯加入到無水乙醇中，氧化石墨烯的濃度為0.1%，超聲分散2h后，得到分散均勻的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)將聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇與聚丙烯腈的重量百分比為5%)加入到質量比為8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復合溶劑中，在溫度T=60°C下攪拌溶解，制得濃度為10%的聚丙烯腈溶液；
(3)在磁力攪拌條件下，將氧化石墨烯乙醇溶液逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，氧化石墨烯溶液與聚丙烯腈溶液的混合比例為1:5，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜，靜電紡絲條件為:紡絲電壓為15kV，溫度為25°C，相對濕度為30%，紡絲距離為15cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5mL/h;
(4)將步驟(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜置于50°C?70°C的水中30分鐘，在溫度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀納米纖維膜。
[0015]實施例2
(1)將氧化石墨烯加入到無水乙醇中，氧化石墨烯的濃度為0.3%，超聲分散2h后，得到分散均勻的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)將聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇與聚丙烯腈的重量百分比為5%)加入到質量比為8:2的N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的復合溶劑中，在溫度T=60°C下攪拌溶解，制得濃度為10%的聚丙烯腈溶液；
(3)在磁力攪拌條件下，將氧化石墨烯乙醇溶液逐滴加入到聚丙烯腈溶液中，氧化石墨烯溶液與聚丙烯腈溶液的混合比例為1:10，混合均勻靜置脫泡后在靜電紡絲裝置中制備出聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜，靜電紡絲條件為:紡絲電壓為15kV，溫度為25°C，相對濕度為30%，紡絲距離為15cm，噴絲頭紡絲溶液的流速為0.5mL/h;
(4)將步驟(3)制得的聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜置于50°C?70°C的水中30分鐘，在溫度T=80?90°C的真空干燥箱中干燥6?8h，即得到多孔石墨稀納米纖維膜。
[0016]實施例3
(1)將氧化石墨烯加入到無水乙醇中，氧化石墨烯的濃度為0.5%，超聲分散2h后，得到分散均勻的氧化石墨烯乙醇溶液；
(2)將聚丙烯腈和聚乙二醇(聚乙二醇與聚丙烯腈的重量百