一种石墨烯过滤薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及过滤技术领域，尤其涉及一种石墨烯过滤薄膜及其制备方法。所述石墨烯过滤薄膜包括依次设置的第一无纺布层、石墨烯层和第二无纺布层，各层之间在连接处相互嵌入，石墨烯层中的石墨烯重量百分比≥90%。本方案提供的石墨烯过滤薄膜可增大石墨烯与外界接触的面积，从而可更好地发挥石墨烯的吸附和过滤作用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯过滤薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及过滤
，尤其涉及一种石墨烯过滤薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]过滤薄膜均为多孔结构，可以是纤维膜、网孔膜等。石墨烯过滤薄膜通常包括石墨烯类成分和用于成形的高分子材料。因为常用的石墨烯原料为粉末、浆料或浆料，均不具有成形性，所以需要加入高分子材料帮助成形。这类高分子材料大多具有黏性，例如：聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈等。然而，由上述高分子材料和石墨烯制成的过滤薄膜中，石墨烯会被高分子材料包裹住，使其不能接触或者仅有少部分接触到外界，难以充分发挥出石墨烯在过滤中的作用。
[0003]公告号为CN105483939B的中国专利公开了一种多孔石墨烯纳米纤维膜的制备方法，其解决上述问题的方法是在纺丝液中加入制孔剂。然而，即使加入了制孔剂，石墨烯接触外界的部分仍有限，仍然不能充分发挥石墨烯在过滤中的作用。

技术实现思路

[0004]对于现有技术存在的以上问题，本专利技术提供了一种石墨烯过滤薄膜。
[0005]所述石墨烯过滤薄膜包括依次设置的第一无纺布层、石墨烯层和第二无纺布层，各层之间在连接处相互嵌入，石墨烯层中的石墨烯重量百分比≥90%。
[0006]有益效果：现有技术中的石墨烯过滤薄膜，石墨烯通常只作为添加剂加入聚乙烯、聚丙烯等具有可塑性的高分子材料中，用于强化高分子材料的性能，例如：强度、韧性等。石墨烯的含量通常在0.1%～8%之间，继续增加石墨烯的含量会使石墨烯片层之间发生团聚而重新形成石墨。因为具有可塑性的高分子材料占90%以上，石墨烯会被高分子材料包裹而不能充分发挥其作用。加入制孔剂也仅能使少量石墨烯接触到外界。而石墨烯浆料或分散液本身不具有可塑性，不加可塑性高分子材料则无法形成具有一定强度的结构，难以承受流体的冲击。
[0007]本方案提供的石墨烯过滤薄膜包括两层无纺布和位于其间的石墨烯层，石墨烯层中的石墨烯重量百分比≥90%。把石墨烯和高分子材料分离开，以两侧的无纺布层作为中间的石墨烯层的支撑结构，从而克服了石墨烯被高分子材料包裹的问题。
[0008]该结构中，石墨烯层的石墨烯含量明显更高，不仅突出了石墨烯的作用，使石墨烯分子能更多地与外界接触，位于石墨烯层两侧的无纺布层还可以为石墨烯层提供附着的基底。借助无纺布纤维之间自然形成的狭小空隙，可得到过滤薄膜的多孔结构，交织在一起的纤维也使无纺布表面相对于金属表面或普通塑料板表面具有更大的粗糙度，从而增大了石墨烯层附着的表面积，使各层间在连接处可相互嵌入，加固了层间的连接。采用无纺布避免了对支撑板表面的后处理，如打孔、磨砂处理等，有助于简化制备方法和步骤。由于无纺布纤维之间的空隙通常在微米级，即大多在1μm～100μm之间，而石墨烯片层的横向尺寸也主要为微米级，使无纺布层对石墨烯片层可起到阻挡作用，同时借助石墨烯片层的分子间作
用力，可增大石墨烯层内部的结合力，从而保持石墨烯层结构的稳定性。
[0009]用于制备石墨烯层的原料为石墨烯浆料，不仅保证了石墨烯片层的分散性，避免因为高浓度而发生团聚的现象，在喷涂后还可以借助溶剂的挥发和分散剂的溶解在无纺布表面形成含石墨烯90%以上的石墨烯层。因为石墨烯浆料中石墨烯的纯度大多在95%以上，在冲洗干燥后不可避免可能会有未完全溶解的分散剂，无纺布层的嵌入部分也可能有少量进入石墨烯层。所以，石墨烯层内会含有不到10%的其他成分。
[0010]进一步地，石墨烯层含有中片层石墨烯和大片层石墨烯，中片层石墨烯的横向尺寸为10μm ~ 15μm，大片层石墨烯的横向尺寸为20μm ~ 30μm，中片层石墨烯和大片层石墨烯的比例为1:1 ~ 5:1。有益效果：大片层石墨烯具有更强的分子间作用力，可连接更多的中片层石墨烯，而中片层石墨烯可以维持大片层石墨烯的分散性，从而使石墨烯层成形后仍有良好的分散性和内部结合力。
[0011]进一步地，第一无纺布层和第二无纺布层均含有高分子成纤维材料，高分子成纤维材料为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚酯、聚乳酸、壳聚糖、聚苯硫醚中的一种或多种。有益效果：根据使用需要，高分子成纤维材料可以从常用成分中进行选择。在需要可生物降解时，可以选择聚乳酸、壳聚糖等成分。
[0012]进一步地，第一无纺布层和第二无纺布层还含有石墨烯，高分子成纤维材料与石墨烯的质量比为90:10 ~ 99:1。有益效果：石墨烯不仅可增大无纺布层的强度和韧性，还可以增大石墨烯层与无纺布层的结合力。因为，当石墨烯层的石墨烯接触到无纺布层的石墨烯后，也会由于分子间作用力而使层间的结合更紧密。
[0013]进一步地，第一无纺布层和第二无纺布层的纤维为多孔纤维。有益效果：多孔纤维不仅可增强无纺布层的吸附性能，还可以增大石墨烯层嵌入的表面积，从而进一步增强层间的结合，使该层状结构更稳固。
[0014]进一步地，第一无纺布层和第二无纺布层均含有走向相同的定向纤维，定向纤维的占比均>80%。有益效果：定向纤维可以减小纤维之间的空隙，加强对石墨烯片层的阻挡作用；还可以增强纤维两端之间的受力强度，把无纺布层的固着点设于定向纤维的两端可使无纺布层承受更大的冲击力。
[0015]进一步地，第一无纺布层的定向纤维在第二无纺布层的投影与第二无纺布层的定向纤维所成角度为30
°ꢀ
~ 90
°
。有益效果：两无纺布层的定向纤维可具有不同的走向。例如，成角为90
°
时，第一无纺布层的左右两边固定，第二无纺布层的上下或前后两边固定，从而可从四个方向增强石墨烯层的受力强度，使石墨烯层和该石墨烯过滤薄膜作为整体可承受更大的冲击力。成角为30
°
或45
°
等锐角时，无纺布层可承受不同方向的牵拉力，可适用于流体方向不确定、强度不确定的过滤要求。
[0016]本专利技术还提供了上述石墨烯过滤薄膜的制备方法。包括如下步骤：S1：制备形成第一无纺布层和第二无纺布层的纺丝液；S2：以干法纺丝法在基板上形成第一无纺布层和第二无纺布层，以喷涂石墨烯浆料的方式形成石墨烯层，使石墨烯层位于第一无纺布层和第二无纺布层之间，且各层之间在连接处相互嵌入；S3：干燥，即得该石墨烯过滤薄膜。
[0017]有益效果：干法纺丝相对于湿法纺丝而言，无需设置凝固浴，纤维的尺寸具有更好的均一性，而且便于控制纤维的固化过程。石墨烯浆料的喷涂可以借助液流的冲击力以及由液流带动形成的气流而作用于无纺布表面，有助于排出无纺布表面空隙内的空气，使石
墨烯浆料借助惯性力能更充分地与无纺布粗糙的表面相贴合，避免了以普通涂覆的方式难以完全排出空隙内空气的问题。
[0018]进一步地，各层之间在连接处相互嵌入的实现方式为：（1）先在基板上形成第一无纺布层，其固化前即在其上表面喷涂石墨烯浆料形成石墨烯层，然后在石墨烯层上形成第二无纺布层；或者，（2）先同时形成第一无纺布层和第二无纺布层，在第一无纺布层和第二无纺布层固化前，喷涂石墨烯浆料后重叠各层，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯过滤薄膜，其特征在于，包括依次设置的第一无纺布层、石墨烯层和第二无纺布层，各层之间在连接处相互嵌入，石墨烯层中的石墨烯重量百分比≥90%。2.根据权利要求1所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，石墨烯层含有中片层石墨烯和大片层石墨烯，中片层石墨烯的横向尺寸为10μm ~ 15μm，大片层石墨烯的横向尺寸为20μm ~ 30μm，中片层石墨烯和大片层石墨烯的比例为1:1 ~ 5:1。3.根据权利要求1所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，第一无纺布层和第二无纺布层均含有高分子成纤维材料，高分子成纤维材料为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚酯、聚乳酸、壳聚糖、聚苯硫醚中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，第一无纺布层和第二无纺布层还含有石墨烯，高分子成纤维材料与石墨烯的质量比为90:10 ~ 99:1。5.根据权利要求1所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，第一无纺布层和第二无纺布层的纤维为多孔纤维。6.根据权利要求1所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，第一无纺布层和第二无纺布层均含有走向相同的定向纤维，定向纤维的占比均>80%。7. 根据权利要求6所述的石墨烯过滤薄膜，其特征在于，第一无纺布层的定向纤维在第二无纺布层的投影与第二无纺布层的定向纤维所成角度为30
°ꢀ

【专利技术属性】
技术研发人员：王登诗，王炜，易军，举亚琪，
申请(专利权)人：重庆石墨烯研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：