一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及空气过滤膜领域，公开了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法。包括如下制备过程：（1）将聚偏氟乙烯加入到N,N‑二甲基甲酰胺制成纺丝液；（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中添加浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N‑甲基吡咯烷酮制成氧化石墨烯浴液；（4）将浴液加入浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，制得氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维复合纳米膜。本发明专利技术通过静电纺丝热牵引将氧化石墨均匀分散在聚偏氟乙烯表面，制备的纤维直径分布范围较窄，直径尺寸均匀，对空气中微小颗粒的捕捉能力强，用于空气过滤时具有极好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法
本专利技术涉及空气过滤膜领域，公开了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法。
技术介绍
目前，环境污染已经越来越严重，空气污染尤其更甚，雾霾带来的危害已引起全世界的关注，而最有效的空气净化方法则是过滤，因此空气过滤材料的研究和开发更是成为了研究重点。但目前石棉纤维、聚酯与聚丙烯腈等合成纤维、玻璃纤维等传统的空气过滤材料，仅对粒径大于0.3μm的颗粒才能具有有效的过滤，对粒径比较小的颗粒及病原体则几乎无效，因此，对微小颗粒的过滤材料成为研究的热点。在过滤微小颗粒的纤维滤材的制备方面，静电纺丝技术已引起了广泛关注。由于静电纺丝工艺简单，并且可以连续制备，用静电纺丝技术制备的纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、纤维均一性好等优点，使其在过滤及防护等领域表现出巨大的应用前景。同时，纤维滤材的材质也是影响过滤效果的关键。在纤维滤材的材料中，石墨烯是单原子层二维蜂巢状晶格结构的原子晶体材料，厚度小，但具有非常良好的物理化学性质，石墨烯的导热性和拉伸性能突出，比表面积大，电学性能优异，同时还具有一定的抗菌活性，但是石墨烯极易团聚。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，具有很好的亲水性、较高的比表面能以及机械性能，其含有丰富的含氧官能团，能稳定地分散在绝大多数极性有机溶剂中，因此可以与多种聚合物基体复合。目前制备氧化石墨稀的方法很多，化学剥离法得到的氧化石墨烯形态更接近单层结构，而且该方法成本相对较低，原料易得，因而引起了人们的广泛关注。中国专利技术专利申请号201710736592.7公开了一种功能化石墨烯修饰的空气过滤膜及其制备方法，及高效低阻的纳米纤维复合滤膜，该复合滤膜包括：无纺布基底支撑层、静电纺丝复合纤维致密层两部分，功能化石墨烯调整了致密分离层的结构，纤维和串珠结构产生分子滑移效应，从而显著降低了滤膜空气阻力。此外，功能化石墨烯的高表面积和丰富的表面官能团提高了滤膜的空气过滤效率。其制备方法如下：配置不同浓度的功能化石墨烯和高分子混合溶液，以无纺布作为接收基底，采用静电纺丝法制备纳米纤维复合滤膜，该滤膜可高效低阻地过滤空气中的烟雾、花粉、PM2.5等细小颗粒物，实现空气净化，也可以用于个人防护装置(如口罩)，有益于人体健康。中国专利技术专利申请号201610092707.9公开了一种空气过滤石墨烯纤维膜的制备方法，属于纤维材料
该制备方法经过石墨烯分散溶液的制备、增粘溶液的制备、石墨烯纺丝液的制备、离心纺丝与成膜、石墨烯纤维膜的后处理后制备成石墨烯纤维膜。该专利技术制备的石墨烯纤维膜中，石墨烯呈现取向性纤维状排列，无包覆且完全裸露在空气中，同时依靠在由氢键力构建的聚乙烯醇纳米纤维力学支架上，石墨烯纤维膜与空气接触面积大，有利于空气过滤功能的实现。该制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，无需特殊设备。根据上述，现有方案中用于空气过滤的传统材料对粒径比较小的颗粒无法过滤，而石墨烯用于功能纤维制备空气过滤材料的技术不成熟，制备的纤维直径分布广，纤维直径尺寸不均匀，导致过滤效果差，影响了石墨烯纤维在空气过滤材料方面的应用，本专利技术提出了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
目前应用较广的空气过滤的材料对粒径比较小的颗粒无法有效过滤，而石墨烯用于功能纤维制备空气过滤材料时，存在制备技术不成熟，纤维直径分布广，纤维直径尺寸不均匀，导致过滤效果差的缺点。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的制备方法，制备的具体过程为：（1）先将聚偏氟乙烯加入到N,N-二甲基甲酰胺中，然后进行磁力搅拌，制成纺丝液；（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中，添加一个浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮中，制成氧化石墨烯浴液；（4）将步骤（3）制得的氧化石墨烯浴液加入步骤（2）的浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，使聚偏氟乙烯纤维热牵引时快速穿过氧化石墨烯浴液，使氧化石墨烯接枝在聚偏氟乙烯纤维表面，形成稳定、均匀分散的表层，制得氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维复合纳米膜。优选的，步骤（1）所述纺丝液中，按重量份计，其中：聚偏氟乙烯10份、N,N-二甲基甲酰胺90份。优选的，步骤（1）所述磁力搅拌的转速为200~400r/min，时间为7~10h。优选的，步骤（3）所述氧化石墨烯浴液中，按重量份计，其中：氧化石墨烯15~22份、N-甲基吡咯烷酮78~85份。优选的，步骤（5）所述γ射线的辐照剂量为1000~1500Gy。优选的，步骤（5）所述静电纺丝的固定电压为8~12kV，溶液流速为0.4~0.6mL/h，接收距离为18~22cm。以常规的不锈钢滚轴为接收装置。优选的，步骤（5）所述快速穿过的穿过线速度为0.2~0.4m/s。由上述方法制备得到的一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜，采用在静电纺丝热牵引过程中使PVDF纤维快速穿过含氧化石墨烯的浴液，且在此过程中用γ射线Co60照射，使氧化石墨烯接枝在PVDF纤维表面，并且在PVDF纤维上形成稳定、均匀分散的表层，氧化石墨烯的均匀分散，使得制备的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维不会因氧化石墨烯的部分堆积造成凹凸不均，从而制备的纤维直径分布范围较窄，直径尺寸均匀；在空气过滤材料中，直径尺寸均匀的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维缺陷更少，给予了颗粒更多的碰撞机会，增加了对颗粒的捕捉能力，从而提高了其过滤能力，有效避免了现有空气过滤材料中石墨烯基纤维直径分布不均导致过滤效果差的缺陷。本专利技术提供了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了将氧化石墨烯接枝在聚偏氟乙烯纤维上制备用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的方法。2、通过静电纺丝热牵引将氧化石墨均匀分散在聚偏氟乙烯表面，制备的纤维直径分布范围较窄，直径尺寸均匀，并且很好地发挥了氧化石墨烯的优异特性，有效避免了石墨烯基纤维直径分布不均导致过滤效果差的缺陷。3、本专利技术制备的直径尺寸均匀的氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维缺陷少，在空气过滤时可以给予微小颗粒颗粒更多的碰撞机会，增加了对颗粒的捕捉能力，有效提高了空气过滤能力。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）先将聚偏氟乙烯加入到N,N-二甲基甲酰胺中，然后进行磁力搅拌，制成纺丝液；纺丝液中，按重量份计，其中：聚偏氟乙烯10份、N,N-二甲基甲酰胺90份。磁力搅拌的转速为200r/min，时间为10h。（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中，添加一个浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮中，制成氧化石墨烯浴液；氧化石墨烯浴液中，按重量份计，其中：氧化石墨烯15份、N-甲基吡咯烷酮85份。（4）将步骤（3）制得的氧化石墨烯浴液加入步骤（2）的浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，使聚偏氟乙烯纤维热牵引时快速穿过氧化石墨烯浴液，使氧化石墨烯接枝在聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）先将聚偏氟乙烯加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，然后进行磁力搅拌，制成纺丝液；（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中，添加一个浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N‑甲基吡咯烷酮中，制成氧化石墨烯浴液；（4）将步骤（3）制得的氧化石墨烯浴液加入步骤（2）的浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，使聚偏氟乙烯纤维热牵引时快速穿过氧化石墨烯浴液，使氧化石墨烯接枝在聚偏氟乙烯纤维表面，形成稳定、均匀分散的表层，制得氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维复合纳米膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）先将聚偏氟乙烯加入到N,N-二甲基甲酰胺中，然后进行磁力搅拌，制成纺丝液；（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中，添加一个浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N-甲基吡咯烷酮中，制成氧化石墨烯浴液；（4）将步骤（3）制得的氧化石墨烯浴液加入步骤（2）的浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，使聚偏氟乙烯纤维热牵引时快速穿过氧化石墨烯浴液，使氧化石墨烯接枝在聚偏氟乙烯纤维表面，形成稳定、均匀分散的表层，制得氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维复合纳米膜。2.根据权利要求1所述一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纺丝液中，按重量份计，其中：聚偏氟乙烯10份、N,N-二甲基甲酰胺90份。3.根据权利要求1所述一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜的制备方法，其特征在于：步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51