一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜及其制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜及其制备和应用，本发明专利技术制备的包含还原氧化石墨烯、聚合物、二氧化硅纤维膜的复合膜，其制备方法简单，所制得的复合膜结构稳定，并能够在界面光蒸汽转化中利于形成水通道和提高光热转换效率，在海水淡化方面有广泛的应用前景。

A Composite Film Containing Reduced Graphene Oxide and Polymer and Its Preparation and Application

The invention provides a composite film containing reduced graphene oxide and polymer and its preparation and application. The composite film containing reduced graphene oxide, polymer and silica fiber film prepared by the invention has simple preparation method, stable structure of the composite film obtained, and is conducive to forming water channel and improving photothermal conversion efficiency in interfacial photovapor conversion. Water desalination has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜及其制备和应用
本专利技术涉及一种含有氧化石墨烯的复合膜，特别涉及一种用于海水淡化和污水处理领域能够促进光热转换效率的并含有还原氧化石墨烯、聚甲基丙烯酸、二氧化硅纤维膜的复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着日益严重的水污染和淡水资源的短缺，在获取清洁水和海水淡化等领域也引起人们广泛的研究和关注。利用太阳能并将其转化为热能产生水蒸汽，一直以来受到人们的重视。现阶段，人们通过研究光热材料来提高蒸发效率，现在使用的材料多为碳材料，例如，氧化石墨烯，碳纳米管，碳黑等材料，同时人们通过改变材料的结构来提升效率，例如多孔材料，松木，蘑菇，棉花碳化等，在海水淡化和污水处理等方面有广泛的应用。如中国专利CN108159896A，一种石墨烯海水淡化膜的制备方法，将制得的氧化石墨烯薄膜为主要过滤介质，过滤而得的淡化水脱盐率高，水通量大。但是，该专利技术制备的石墨烯膜主要用于过滤，而其并未提及是否能够用于提高光热转换效率。利用光热转化净化海水仍是研究热点，而对于由氧化石墨烯、聚甲基丙烯酸和二氧化硅纤维制成的复合膜及其制备方法和应用仍未有人研究。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜及其制备和应用，本专利技术制备的包含还原氧化石墨烯、聚合物、二氧化硅纤维膜的复合膜，其制备方法简单，所制得的复合膜结构稳定，并能够在界面光蒸汽转化中利于形成水通道和提高光热转换效率，在海水淡化方面有广泛的应用前景，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，本专利技术提供一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜，所述聚合物为亲水聚合物，其包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸或其衍生物、聚酞胺；所述聚合物优选为聚甲基丙烯酸或其衍生物，更优选为聚甲基丙烯酸。进一步地，所述复合膜还包括氧化物纤维膜，其包括氧化铝纤维膜、氧化硼纤维膜、二氧化硅纤维膜，优选为二氧化硅纤维膜。第二方面，本专利技术还提供一种制备第一方面所述复合膜的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，制备氧化物纤维膜，优选为二氧化硅纤维膜；步骤2，将制得的二氧化硅纤维膜与聚合物溶液混合并处理，得到氧化物纤维膜II；步骤3，将氧化石墨烯溶液加入到二氧化硅纤维膜II上，并干燥；步骤4，将步骤3得到的体系进行热处理，制得复合膜。第三方面，上述第一方面所述复合膜或根据第二方面所述方法制得的复合膜的用途，其用于太阳能驱动的水蒸发。根据本专利技术提供的一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜及其制备和应用，具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的复合膜中采用还原氧化石墨烯作为光热吸收材料，其能够形成丰富的水通道且具有较强的吸光性，有利于光吸收及光热转换；(2)本专利技术提供的复合膜中采用聚甲基丙烯酸粘接还原氧化石墨烯和二氧化硅纤维膜，所得到的复合膜尺寸可控，且结构稳定，在水蒸发时不会被水溶解或破坏，保证了水蒸发效率的一致性；(3)本专利技术提供的复合膜的制备方法操作简单，有利于推广应用。附图说明图1示出实施例1的复合膜的SEM图；图2示出空白PMAA、二氧化硅纤维、氧化石墨烯的红外光谱图；图3示出实施例1～3的复合膜的红外光谱图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。以下详述本专利技术。根据本专利技术的第一方面，提供一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜，所述聚合物为亲水聚合物，其包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸或其衍生物、聚酞胺；所述聚合物优选为聚甲基丙烯酸或其衍生物，更优选为聚甲基丙烯酸。所述复合膜还包括氧化物纤维膜，其包括所述氧化铝纤维膜、氧化硼纤维膜、二氧化硅纤维膜，优选为二氧化硅纤维膜。所述复合膜的红外光谱图中，在1063cm-1、1175cm-1、1601cm-1存在特征吸收峰，其中，1063cm-1为二氧化硅纤维的特征峰，1175cm-1为聚甲基丙烯酸的特征峰，1601cm-1为氧化石墨烯特征峰。本专利技术人惊喜地发现，本专利技术提供的还原氧化石墨烯、聚合物和二氧化硅纤维膜形成的复合膜结构稳定，耐水性好，并且在界面光蒸汽转化中利于形成水通道和提高光热转换效率，目前为止，未发现有关本专利技术的报道。本专利技术人认为，聚合物主要起到粘接的作用，其将还原氧化石墨烯粘接在亲水膜二氧化硅纤维膜上，而二氧化硅纤维膜是支撑体，使得本专利技术制得的复合膜更稳定，且利用二氧化硅纤维的孔状结构和聚合物自身亲水的性质形成丰富的水通道，并利用还原氧化石墨烯的吸光性，从而提高了光热转化效率。根据本专利技术的第二方面，提供一种制备上述含有氧化石墨烯和聚合物的复合膜的方法，优选制备第一方面所述的复合膜，所述方法包括以下步骤：步骤1，制备氧化物纤维膜，优选为二氧化硅纤维膜；步骤2，将制得的二氧化硅纤维膜与聚合物溶液混合并处理，得到二氧化硅纤维膜II；步骤3，将氧化石墨烯溶液加入到二氧化硅纤维膜II上，并干燥；步骤4，将步骤3得到的体系进行热处理，制得复合膜。其中，步骤1中，二氧化硅纤维膜的制备包括以下子步骤：子步骤1-1，正硅酸乙酯的磷酸溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到前驱体溶液；子步骤1-2，将前驱体溶液纺丝，得到前驱体纤维膜；子步骤1-3，将前驱体纤维膜干燥并煅烧，得到二氧化硅纤维膜。进一步地，子步骤1-1中，首先配制正硅酸乙酯的磷酸溶液；在一种优选的实施方式中，正硅酸乙酯与磷酸的质量比为10.5:(0.02～0.15)，如10.5:0.05；正硅酸乙酯与水的质量比为10.5:10。其中，所述水优选为去离子水。然后配制聚乙烯醇溶液：将聚乙烯醇粉末溶于一定量去离子水中，于60～90℃，优选为80℃下搅拌8～14h，优选为10h；聚乙烯醇溶液的质量浓度为2～10％，如5％。在一种优选的实施方式中，将制得的正硅酸乙酯的磷酸溶液缓慢滴加到聚乙烯醇溶液中，室温下搅拌10～14h，得到前驱体溶液；在一种优选的实施方式中，正硅酸乙酯与聚乙烯醇的质量比为10.5:(1～4)，如10.5:2。子步骤1-2中，将前驱体溶液转移至静电纺丝装置中进行纺丝，得到前驱体纤维膜；在一种优选的实施方式中，纺丝条件包括施加电压18kV，注射速度1mL/h，接收距离为30cm，环境温度为25～28℃，相对湿度为<10％；子步骤1-3中，在一种优选的实施方式中，制备的前驱体纤维膜在真空干燥箱中80℃下进行干燥1h，之后将干燥的前驱体纤维膜在马弗炉中于750℃下煅烧2h，得到二氧化硅纤维膜。本专利技术人发现，得到的二氧化硅纤维膜的厚度与纺丝的时间长短有关系，一般地，纺丝时间是3-4个小时，厚度在80-110微米。在一种实施方式中，将二氧化硅纤维膜用剪刀剪至所需要的面积以及所需形状待用，比如剪至直径25毫米的圆片待用。二氧化硅纤维膜可以自制，也可以商购，都可以得到能够用于太阳能驱动的水蒸发的性能优异的复合膜。步骤2，将制得的二氧化硅纤维膜与聚合物溶液混合并处理，得到二氧化硅纤维膜II；在一种优选的实施方式中，将制得的二氧化硅纤维膜剪取一定直径的圆片，比如剪至直径25毫米的圆片，方便后续使用。所述混合并处理包括将二氧化硅纤维膜浸泡于聚合物溶液中，浸泡时间为2～4h，如2h；然后取出，得到二氧化硅纤维膜II；其中，聚合物为亲水性聚合物，其包括聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜，其特征在于，所述聚合物为亲水聚合物，其包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸或其衍生物、聚酞胺；所述聚合物优选为聚甲基丙烯酸或其衍生物，更优选为聚甲基丙烯酸。

【技术特征摘要】
1.一种含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜，其特征在于，所述聚合物为亲水聚合物，其包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸或其衍生物、聚酞胺；所述聚合物优选为聚甲基丙烯酸或其衍生物，更优选为聚甲基丙烯酸。2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述复合膜还包括氧化物纤维膜，其包括氧化铝纤维膜、氧化硼纤维膜、二氧化硅纤维膜，优选为二氧化硅纤维膜。3.根据权利要求2所述的复合膜，其特征在于，其红外光谱图中，在1063cm-1、1175cm-1、1601cm-1处存在特征吸收峰。4.一种制备含有还原氧化石墨烯和聚合物的复合膜的方法，优选制备权利要求1至3之一所述的复合膜，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，制备氧化物纤维膜，优选二氧化硅纤维膜；步骤2，将制得的二氧化硅纤维膜与聚合物溶液混合并处理，得到氧化物纤维膜II；步骤3，将氧化石墨烯溶液加入到二氧化硅纤维膜II上，并干燥；步骤4，将步骤3得到的体系进行热处理，制得复合膜。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1包括三个子步骤：子步骤1-1，硅酸酯的磷酸溶液与聚乙烯醇溶液混合，得到前驱体溶液；子步骤1-2，将前驱体溶液纺丝，得到前驱体纤维膜；子步骤1-3，将前驱体纤维膜干燥并煅烧，得到二氧化硅纤维膜。6.根据权利要求5所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立国，李靓，张艳红，孙治尧，崔国峰，奚娅男，马东阁，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23