一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得所述石墨烯基中空纤维。期望石墨烯纸结构优越的性能能够为石墨烯中空纤维的进一步发展和推广应用作出贡献。

Method for preparing graphene based hollow fiber by adopting filter membrane

The invention discloses a method for using the membrane preparation of graphene based hollow fiber, hollow fiber first selection of graphene based materials and the volume has flexible membrane, then the graphene based materials for solution and filtered through the surface of graphene based materials in hollow fiber membrane interception in volume expansion state, then the hollow fiber membrane separation and contraction in the graphene based material layer and hollow fiber filter membrane to obtain the graphene based hollow fiber. It is expected that the excellent performance of graphene paper structure will contribute to the further development and application of graphene hollow fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法
本专利技术属于材料领域，涉及一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法。
技术介绍
石墨烯是一种导电材料，其优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达106cm2.v-1s-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m-1.k-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m2.g-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。由石墨烯构建的石墨烯中空纤维在保持石墨烯固有特性的基础上还具有良好的柔韧性，较高的表面积，因而在包括电极材料、储能材料、催化材料等领域有着潜在应用价值并受到人们的高度关注。石墨烯纸是一种基于石墨原料的合成材料。它不仅重量轻，强度和硬度高，具有比钢更好的柔韧性，并且还是一种环保材料。人们的研究表明石墨烯纸比钢材料轻6倍，密度比钢低5～6倍，但硬度要高出2倍，抗弯刚度则是钢材的13倍。因此将石墨烯基中空纤维的管壁采用石墨烯纸样结构对于石墨烯基材料中空纤维的进一步开发和利用将有重要的意义。目前石墨烯纸主要通过氧化石墨烯或其改性形式的分散体通过过滤介质(膜或滤纸)过滤以获得薄纸状薄膜。由于过滤或者真空过滤是从液体中分离固体的一种基本，简单，高效的技术。过滤辅助组件具有易于加工，低成本，膜均匀性，厚度容易控制和产量高等优点。所以，人们已经研究将石墨烯纸用于能源存储等领域。但是目前石墨烯纸采用平面过滤介质，所获得的石墨烯纸也是平面的。因此，构建石墨烯纸样结构的石墨烯基中空纤维必须开发新的技术,因为平面过滤介质过滤制备石墨烯纸可以轻易地将石墨烯纸与过滤介质剥离，但是采用一维过滤介质过滤制备石墨烯基中空纤维则面临分离石墨烯纸样结构中空纤维与一维过滤介质的巨大挑战。为此，本申请在国际上首次提出将体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜作为模板，将石墨烯基材料溶液过滤通过处于膨胀状态下中空纤维过滤膜并截留石墨烯基材料层在中空纤维过滤膜的表面，然后收缩中空纤维过滤膜而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜由此获得石墨烯纸样结构构建的新型石墨烯基中空纤维。本专利技术将石墨烯纸的优点附加于石墨烯基中空纤维上将有助于石墨烯中空纤维的进一步开发和应用。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，通过在体积具有伸缩特性且处于膨胀状态的中空纤维过滤膜上过滤截留石墨烯基材料，然后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜并将石墨烯纸结构赋予石墨烯基中空纤维，从而有助于石墨烯基中空纤维的进一步开发和利用。技术方案：本专利技术的一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得新型石墨烯基中空纤维。所述石墨烯基材料是指石墨烯及其衍生物。所述具有伸缩特性的中空纤维过滤膜其固态体积大时为膨胀状态，其固态体积小时为收缩状态。所述体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜是指中空纤维过滤膜表面连接具有环境体积响应的智能材料成为中空纤维模板。智能材料在不同的温度或者PH条件下能够可逆收缩与膨胀。中空纤维模板上的智能材料在膨胀状态下籍由过滤包覆石墨烯基材料层，然后智能材料在收缩状态下分离中空纤维滤膜和石墨烯基材料层。所述体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜是指中空纤维过滤膜表面涂布固态牺牲层而成为固态相对膨胀的中空纤维模板。牺牲层由能够熔融或者溶解的材料构成，且涂布牺牲层后中空纤维过滤膜具有过滤能力。在中空纤维模板的牺牲层上通过过滤形成石墨烯基材料层后籍由熔融或者溶解牺牲层而呈现固态相对收缩的中空纤维过滤膜与石墨烯基材料层被液态牺牲层分离的状态。所述体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜是指中空纤维过滤膜具有热收缩特性。热收缩性中空纤维过滤膜先过滤包覆石墨烯基材料层，然后加热使得热收缩性中空纤维过滤膜与石墨烯基材料层因为收缩率的差异而分离。所述过滤为加压过滤或者负压过滤。所述分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜是指将中空纤维过滤膜取出或者石墨烯基材料层退出中空纤维过滤膜。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本申请首次将石墨烯纸结构赋予石墨烯基中空纤维，由于石墨烯纸结构优越的性能，新型石墨烯基中空纤维将可以为石墨烯中空纤维的进一步发展和推广应用作出贡献。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例一：首先制备氧化石墨烯。30克石墨混合15g硝酸钠和750毫升浓硫酸。将混合物在冰浴中冷却到0摄氏度，并搅拌2h后，缓慢加入90克高锰酸钾，保持混合过程中混合物温度低于5摄氏度。该混合物再搅拌一个小时，并通过移除冰浴而加热到室温。混合物中添加1升蒸馏水并在油浴中的温度增加到90摄氏度。另外添加300毫升水，并再搅拌一个半小时。混合物的颜色变成棕色。混合物然后用30％的300毫升过氧化氢和30升热水处理和稀释。该混合物进一步用过量的水洗涤，直到滤液的pH值几乎是中性的，随后冷冻干燥获得氧化石墨烯粉末。将所获得的氧化石墨烯粉末用去离子水配制为3毫克/毫升的氧化石墨烯水溶液。其次获取孔径为0.1微米，外径0.5毫米，内径0.4毫米，长1250毫米的外压式聚丙烯腈超滤中空纤维并将其浸入1wt％56号石蜡的汽油溶液中，取出，干燥获得表面因涂布固化的56号石蜡而成为固态体积膨胀的聚丙烯腈复合中空纤维模板。随后将上述3毫克/毫升的氧化石墨烯水溶液在室温0.1MPa的压力下加压过滤通过表面涂布了56号石蜡的聚丙烯腈复合中空纤维模板，随后用去离子水清洗后干燥获得最外层为氧化石墨烯层，中间层为56号石蜡，内层为聚丙烯腈中空纤维的复合中空纤维。然后将复合中空纤维加热至60摄氏度使得56号石蜡熔融而使得聚丙烯腈中空纤维模板由聚丙烯腈中空纤维及其表面涂布的固态56号石蜡收缩至聚丙烯腈中空纤维模板本身并使得外层氧化石墨烯层与内层聚丙烯腈中空纤维间由液态56号石蜡分离，随后将聚丙烯腈中空纤维取走或者取出氧化石墨烯层即可获得具有纸样结构的氧化石墨烯中空纤维。实施例二：其它条件与实施例一相同，中空纤维换为孔径0.2微米，内径0.6毫米，外径1.1毫米，长度1250毫米的聚氯乙烯中空纤维超滤膜。过滤为室温，-0.03MPa抽滤以制备纸样结构氧化石墨烯中空纤维。实施例三：首先将实施例一中制备的氧化石墨烯在水中分散并用水合肼在95摄氏度还原1小时。还原氧化石墨烯以黑色沉淀形成，用0.45μmPTFE膜过滤收集，并用大量的水冲洗。产品通过甲醇、四氢呋喃(THF)和水用索氏提取法进一步纯化。最后，所获得的还原氧化石墨烯在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干。随后用去离子水配制为0.25毫克/毫升的还原氧化石墨烯溶液。其次将孔径为0.1微米，外径1.2毫米，内径0.6毫米，长1250毫米的外压式聚丙烯中空纤维浸泡在钢板表面55w/w％的N-异丙基丙烯酰胺异丙醇溶液中，随后用0.3MGy的电子束(EB)(150kV,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得所述石墨烯基中空纤维。

【技术特征摘要】
1.一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得所述石墨烯基中空纤维。2.根据权利要求1所述的一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是所述石墨烯基材料是指石墨烯及其衍生物。3.根据权利要求1所述的一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是所述具有伸缩特性的中空纤维过滤膜其固态体积大时为膨胀状态，其固态体积小时为收缩状态。4.根据权利要求1所述的一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是所述体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜是指中空纤维过滤膜表面连接具有环境体积响应的智能材料成为中空纤维模板；智能材料在不同的温度或者PH条件下能够可逆收缩与膨胀；中空纤维模板上的智能材料在膨胀状态下籍由过滤包覆石墨烯基材料层，然后智能材料在收缩状态下分离中空纤维滤膜和石墨烯基材料层。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32