一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法，其原料包含：聚丙烯腈粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2‑4):(1‑2)的混合物。改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2‑4):(3‑5):(1‑2)。本发明专利技术还提供了该石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法。本发明专利技术制备的纤维膜强度高，过滤效率高，不仅能够去除水中悬浮颗粒物、重金属、胶体等还能够去除水中的细菌和病原体。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯纤维膜及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。同时石墨烯还具有优异的抗菌功能，应用在净水中空纤维膜中，可有效避免细菌滋生，防止二次污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯纤维膜及其制备方法，融合改性石墨烯，不仅能够过滤水中悬浮颗粒物、胶体、重金属颗粒，还能够阻隔细菌、病原体，同时发挥出石墨烯抗菌抑菌功能，避免水质二次污染，保证饮用水水质始终处于优质状态，保护人们身体健康。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的中空纤维膜的原料按质量百分比计包含：聚丙烯腈(PAN)粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；所述的致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2-4):(1-2)的混合物。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的氧化石墨烯溶液通过氧化石墨烯和去离子水制备；所述的氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等的方法制备的任意一种。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2-4):(3-5):(1-2)。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其中，所述的溶剂为DMF(二甲基甲酰胺)。本专利技术还提供了上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯溶液，得到功能性石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，经过搅拌、超声，再加入聚丙烯腈粉、致孔剂，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备铸膜液；步骤4，将步骤3制得的铸膜液，加入到反应釜中，进行过滤、脱泡，去除不溶物、气泡和杂质，开始排料，采用干湿法纺丝，纺出膜丝先经过空气通道，再进入凝固浴，经水洗后，于室温下浸泡在去离子水萃取浴中；步骤5，将步骤4所得的产物在水浴中进行两次拉伸，所得的膜丝经干燥，得到所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤2中，称取氧化石墨烯粉体，并分散于去离子水中，常温状态下搅拌20～40min，然后超声30～60min，得到功能性石墨烯浆料；氧化石墨烯粉体在去离子水中的质量浓度为1％～15％。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤3中，将功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，充分搅拌15～30min，再超声20～40min，然后加入聚丙烯腈粉、致孔剂，在40～60℃溶胀30～50min后，升温至70～80℃搅拌1～2h，制备铸膜液。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤4中将铸膜液加入到60～80℃的反应釜中，进行过滤、脱泡，去除不溶物、气泡和杂质，开始排料，采用干湿法纺丝，纺出膜丝先经过长度为5～10cm的空气通道，再进入凝固浴；膜丝孔为圆环形，采用DMF/H2O梯度凝固浴，梯度质量比分别为(50～60):(35～40)、(50～55):(60～70)；产物经水洗后，于室温下浸泡在去离子水萃取浴中2～5h。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤5中，将产物分别在50～60℃、85～95℃的水浴中进行两次拉伸，拉伸倍数分别为3～4倍、2～3倍。上述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤5中，所得的膜丝进行干燥，膜丝内径为0.8～1.5mm，外径为2.1～2.5mm。本专利技术提供的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜及其制备方法具有以下优点：本专利技术制备的石墨烯功能性中空纤维膜强度高，过滤效率高，其中膜孔径＜0.01微米，不仅能够去除水中悬浮颗粒物、重金属、胶体等还能够去除水中的细菌和病原体，去除率达到99.9％，处理后水质完全复合国家饮用标准。本方法制备的功能性石墨烯中空纤维膜，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。本专利技术提供的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其原料按质量百分比计包含：聚丙烯腈(PAN)粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％。优选地，致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2-4):(1-2)的混合物。氧化石墨烯溶液通过氧化石墨烯和去离子水制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等的方法制备的任意一种。改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2-4):(3-5):(1-2)。溶剂为DMF(二甲基甲酰胺)。本专利技术还提供了该石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备氧化石墨烯溶液，得到功能性石墨烯浆料；步骤3，将步骤2所得的功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，经过搅拌、超声，再加入聚丙烯腈粉、致孔剂，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备铸膜液；步骤4，将步骤3制得的铸膜液，加入到反应釜中，进行过滤、脱泡，去除不溶物、气泡和杂质等，开始排料，采用干湿法纺丝，纺出膜丝先经过空气通道，再进入凝固浴，经水洗后，于室温下浸泡在去离子水萃取浴中；步骤5，将步骤4所得的产物在水浴中进行两次拉伸，所得的膜丝经干燥，得到石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜。优选地，步骤2中，称取氧化石墨烯粉体，并分散于去离子水中，常温状态下搅拌20～40min，然后超声30～60min，得到功能性石墨烯浆料；氧化石墨烯粉体在去离子水中的质量浓度为1％～15％。步骤3中，将功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，充分搅拌15～30min，再超声20～40min，然后加入聚丙烯腈粉、致孔剂，在40～60℃溶胀30～50min后，升温至70～80℃搅拌1～2h，制备铸膜液。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其特征在于，所述的中空纤维膜的原料按质量百分比计包含：聚丙烯腈粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；所述的致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2-4):/n(1-2)的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其特征在于，所述的中空纤维膜的原料按质量百分比计包含：聚丙烯腈粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，致孔剂10％～20％，溶剂30％～60％；所述的致孔剂为无机盐、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按质量比为1:(2-4):
(1-2)的混合物。


2.如权利要求1所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其特征在于，所述的氧化石墨烯溶液通过氧化石墨烯和去离子水制备；所述的氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法的方法制备的任意一种。


3.如权利要求1所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其特征在于，所述的改性剂为聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡络烷酮、硅烷偶联剂的混合物，其质量比为1:(2-4):(3-5):(1-2)。


4.如权利要求1所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜，其特征在于，所述的溶剂为DMF。


5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的石墨烯复合聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，制备氧化石墨烯溶液，得到功能性石墨烯浆料；
步骤3，将步骤2所得的功能性石墨烯浆料和改性剂加入DMF溶剂中，经过搅拌、超声，再加入聚丙烯腈粉、致孔剂，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备铸膜液；
步骤4，将步骤3制得的铸膜液，加入到反应釜中，进行过滤、脱泡，去除不溶物、气泡和杂质，开始排料，采用干湿法纺丝，纺出膜丝先经过空气通道，再进入凝固浴，经水洗后，于室温下浸泡在去离子水萃取浴中；
步骤5，将步骤4所得的产物在水浴中进行两次拉伸，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任国峰，马立国，刘少华，
申请(专利权)人：任国峰，
类型：发明
国别省市：河北;13