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技术

本发明专利技术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。

Functionalized graphene oxide / bacterial cellulose / carbon nanotube composite film, preparation method and application thereof

The invention provides a graphene oxide / a functional bacterial cellulose / carbon nanotube composite film preparation method comprises the following steps: A) bacterial cellulose solution and surface functionalization of carbon nanotube hybrid, the first mixed solution; B) will be the first mixed solution with functionalized graphite oxide graphene solution after ultrasonic vacuum filtration, graphene oxide / functional bacterial cellulose / carbon nanotube composite film, composite film was used as separation membrane can have high flux and high stability and high separation efficiency. In addition, the composite membrane can be used as a supercapacitor electrode material after treating the composite membrane with hydrogen iodate or hydrazine hydrate.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于石墨烯
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。优选的，所述表面功能化的细菌纤维素、碳纳米管的质量比为20:1～60:1；更优选为30:1～50:1；碳纳米管和功能化的氧化石墨烯的质量比为1:5～1:10；更优选为1:7～1:9。此外，复合膜可以作为超级电容器材料。优选的，所述表面功能化的细菌纤维素与酸化后的碳纳米管的质量比为1:1～1:8；更优选为1:1～1:5；酸化后的碳纳米管和功能化的氧化石墨烯的质量比为1:1～1:4；更优选为1:1～1:3；。优选的，所述混合超声的功率为200～600W，时间为5～30min。优选的，所述复合膜的厚度为10～20μm。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜。与现有技术相比，本专利技术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。本专利技术通过对氧化石墨烯进行功能化修饰并同时添加了表面功能化的细菌纤维素溶液与碳纳米管，使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，可以直接用作超级电容器材料。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的复合膜的表面电镜扫描图；图2为本专利技术实施例1提供的复合膜的断面扫描电镜图；图3为不同膜的稳定性测试结果；图4为实施例1提供的复合膜与对比例2提供的复合膜的亲水性能测试结果的对比；图5为实施例1提供的复合膜与对比例1的氧化石墨烯膜、对比例2提供的复合膜的水通量性能测试结果的对比；图6为实施例1提供的复合膜对考马斯亮蓝(CBB)分子的水溶液的吸光度的测定结果；图7为实施例1提供的复合膜对罗丹明B(RB)分子的水溶液的吸光度的测定结果；图8为实施例1提供的复合膜对伊文思蓝(EB)分子的水溶液的吸光度的测定结果；图9为实施例1提供的复合膜对考马斯亮蓝(CBB)分子的水溶液多次分离的通量及效率。具体实施方式本专利技术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，得到石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜。本专利技术首先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。其中，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，充分搅拌后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，所述酰胺类溶剂选自甲酰胺、乙酰胺和丙酰胺中的一种或多种；所述表面功能化试剂的溶液，为表面功能化试剂的水溶液，其浓度为0.01～1.0mg/mL，优选为0.05～0.8mg/mL，更优选为0.1～0.6mg/mL；所述细菌纤维素溶液的浓度为0.5～2.0mg/mL，优选为1.0～1.5mg/mL。所述碳纳米管为酸化后的碳纳米管，所述碳纳米管按照以下方法进行酸化：将碳纳米管分散至次氯酸钠水溶液中，进行搅拌反应；将反应液进行过滤水洗，得到酸化后碳纳米管。其中，所述碳纳米管与次氯酸钠水溶液的质量体积比为1g:600ml；所述次氯酸钠水溶液的体积浓度为30％；所述反应的温度为25℃，所述反应的时间为12小时。经过表面功能化的细菌纤维素表面带正电荷。经过酸化后的碳纳米管表面带负电荷。表面带正电荷的经过表面功能化的细菌纤维素与表面带负电荷的酸化后的碳纳米管混合后，依靠静电相互作用结合。本专利技术将表面功能化的细菌纤维素溶液与碳纳米管混合后得到的第一混合溶液与功能化的氧化石墨烯溶液混合超声。其中，所述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，本专利技术对所述Tris-HCl缓冲溶液的制备方法并没有特殊限制，本领域技术人员共知的方法即可，在本专利技术中，优选按照如下方法进行制备：将三羟甲基氨基甲烷溶解于去离子水中，配置成0.5～2mol/L的溶液(Tris溶液)；随后将稀盐酸逐滴加入到溶液中，调节溶液pH为8.0～9.0。所述多巴胺的缓冲溶液中多巴胺的质量浓度为5～50mg/mL，优选为10～40mg/mL；所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.02～0.2mg/mL，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，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，得到石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，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，得到石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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，充分搅拌后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选自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。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为酸化后的碳纳米管。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑直，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33