一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法。将一定含量的石墨烯水溶液均匀涂覆在纤维膜表面，烘干后形成一定厚度的石墨烯层，随后在激光辐照的作用下，石墨烯层吸收可控的激光能量并转化为热能，部分石墨烯被高温分解并产生大量气体，并导致涂覆在纤维膜表面的剩余石墨烯成多孔结构。通过调控纤维膜基体种类、石墨烯层厚度以及激光参数，可以实现在纤维膜表面构筑具有不同孔结构的石墨烯层。由于表面的石墨烯层具有丰富的可控孔结构，底层的纤维膜具有良好的隔热性，制备的双层纤维膜材料在太阳能海水蒸发领域具有高效的蒸发效率。蒸发领域具有高效的蒸发效率。蒸发领域具有高效的蒸发效率。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能海水蒸发是一种可持续的低能耗海水淡化技术。它利用太阳能加热海水，使其蒸发并形成水蒸气，然后收集并冷凝成淡水。其中，蒸发器材料在太阳能海水蒸发中起着至关重要的作用。碳材料在太阳能海水蒸发应用中具有独特的优势。碳材料具有光热转换能力、耐腐蚀性、多孔结构和导热性等优点，可以有效吸收太阳能并加热海水，从而促进海水中水分子的蒸发。因此，探索一种更简单、高效的多孔碳材料及其制备方法，是太阳能海水蒸发进一步推广应用的迫切需求。
[0003]激光辐照技术是近年来出现的一种新型碳化技术，在加工领域中被广泛应用。通过特定能量和波长的激光对材料表面进行辐照处理，使其发生一定的物理或者化学反应，具有能耗低、效率高、环境友好等特点。反应过程中的高能能会使得被辐照物质发生分解并产生大量气体，从而产生多孔结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，基于激光辐照下物质的可控分解机理，通过在高分子纤维膜表面涂覆具有优异激光响应性的石墨烯涂层，随后用激光对涂层进行辐照处理，制备具有高比表面积、高孔隙率的多孔石墨烯涂层，最终制备出以多孔石墨烯为表层、高分子纤维膜结构为底层的双层结构纤维膜材料，并将此双层结构纤维膜材料应用于太阳能海水蒸发的蒸发材料。
[0005]本专利技术提供的一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，具备可控度高、工艺便捷、海水蒸发效率高等特点，由如下步骤制备得到：（1）将氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，即得石墨烯水溶液；将制备好的石墨烯水溶液涂覆在高分子纤维膜表面，干燥，即制得涂覆有氧化石墨烯层的高分子纤维膜；其中，氧化石墨烯层的厚度为0.2
‑
0.5mm；进一步的，氧化石墨烯分散在去离子水中，在室温条件下超声30
‑
60分钟，是氧化石墨烯分散均匀，制备石墨烯的水溶液。
[0006]进一步的，石墨烯水溶液中氧化石墨烯的含量在1wt%
‑
10wt%。
[0007]进一步的，高分子纤维膜由单一高分子材料通过纺丝方法制备的无规取向的纤维膜材料；高分子纤维指易熔融纺丝或静电纺丝制备的高分子材料体系，包含但不仅限于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等可制备成纤维的单一高分子体系。
[0008]进一步的，所述高分子纤维膜的厚度为0.1
‑
3cm。
[0009]进一步的，干燥是指将高分子纤维膜放入60~80℃真空烘箱中放置10~24小时，将水份完全蒸发。
[0010]（2）对制得的氧化石墨烯层进行激光辐照，调节激光电流为1
‑
5 A，光斑尺寸为1
‑
10μm、扫描速率为100
‑
300 mm/s，在此条件下使得涂覆的石墨烯层发生不同的激光诱导分解反应，从而在表面形成不同的多孔结构，最终制备得到表面具有多孔石墨烯层的高分子纤维膜。
[0011]进一步的，本专利技术的激光辐照采用光纤激光打标机进行。
[0012]进一步的，激光电流为3A。
[0013]进一步的，光斑尺寸为3~6μm，优选5μm。
[0014]进一步的，扫描速率为100
‑
200μm。
[0015]本专利技术中，石墨烯具有优异的激光响应性，容易吸收激光能量从而发生不同程度的降解反应，最终形成不同的多孔结构。
[0016]激光为脉冲模式，激光波长为：1064nm。
[0017]上述制备的双层结构高分子纤维膜用于太阳能海水蒸发中的蒸发材料，具有较高的海水蒸发效率。
[0018]本专利技术的原理是：（1）第一步，纤维表面的石墨烯涂层吸收大量的激光能量，并转化为热能，导致部分发生分解，产生大量分解气体；（2）第二步，产生的气体对石墨烯涂层起到了成孔的作用，通过对转化为热能的调控，使石墨烯涂层呈现不同的孔结构。
[0019]本专利技术制备的一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，工艺简单，制备的双层结构高分子纤维膜可以直接应用于太阳能海水蒸发领域（原理示意图如图1所示）。
[0020]与其他传统的太阳能海水蒸发材料相比，本专利技术一步法制备了具有蒸发层（多孔石墨烯层）、隔热层（高分子纤维层）的蒸发材料，避免了传统工艺后期组装的繁琐步骤，并且蒸发层的孔隙率高、比表面积大，有利于海水的蒸发。本专利技术可以实现具有双层结构的太阳能海水蒸发材料的大规模、高效制备。通过改变石墨烯涂层厚度和激光参数，可以在高分子纤维膜表面形成不同孔结构的多孔石墨烯层。
附图说明
[0021]图1是表面具有多孔石墨烯层的聚丙烯纤维膜的制备原理图。
[0022]图2是实施例1多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0023]图3是实施例1多孔石墨烯层的孔径分布曲线。
[0024]图4是实施例2多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0025]图5是实施例3多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0026]图6是对比例1多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0027]图7是对比例1多孔石墨烯层的孔径分布曲线。
[0028]图8是对比例2多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0029]图9是对比例3多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0030]图10是对比例4多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
[0031]图11是对比例5多孔石墨烯层的扫描电子显微镜照片。
实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体的实施方案对本专利技术作进一步解释，但是并不用于限制本专利技术的保护范围。
[0033]如图1所示为表面具有多孔石墨烯层的聚丙烯纤维膜的制备原理图。
实施例1
[0034]将0.1g氧化石墨烯分散于10g去离子水中，并在室温（25℃）下超声分散30分钟，得到1wt%含量的石墨烯水溶液。将制备的石墨烯水溶液分次涂覆在聚丙烯纤维膜（厚度1cm）表面，待干燥后重复滴涂，直至石墨烯水溶液滴完，涂层厚度为0.2mm，将涂覆后的聚丙烯纤维膜放入80℃真空烘箱中放置12小时，将水份完全蒸发，制得面积为0.3m2的涂覆了石墨烯的聚丙烯纤维膜备用。将聚丙烯纤维膜进行激光辐照处理（激光电流为3 A，光斑尺寸为5μm、扫描速率为200 mm/s），在聚丙烯纤维膜表面形成多孔石墨烯层，其表面形貌的扫描电子显微图如图2所示（其中图2b为图2a的局部放大照片）。通过BET比表面积测试对激光辐照后的纤维膜进行表征，所得的BET曲线如图3所示,纤维膜的比表面积211m2/g。将制备的表面具有多孔石墨烯层的聚丙烯纤维膜漂浮于浓度为3.6wt%的盐水，用300W的氙灯对其照射，其水蒸发效率为1.51 kg
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实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤如下：（1）将氧化石墨烯均匀分散于去离子水中，即得石墨烯水溶液；将制备的石墨烯水溶液涂覆在高分子纤维膜表面，干燥，即制得涂覆有氧化石墨烯层的高分子纤维膜；其中，氧化石墨烯层的厚度为0.2
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0.5mm；（2）对步骤（1）制得的氧化石墨烯层进行激光辐照，调节激光电流为1
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5 A，光斑尺寸为1
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10μm、扫描速率为100
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300 mm/s，制备得到表面具有多孔石墨烯层的纤维膜。2.如权利要求1所述的纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述高分子纤维膜由单一高分子材料通过纺丝方法制备的无规取向的纤维膜材料；所述高分子纤维膜的厚度为0.1
‑
3cm。3.如权利要求1所述的纤维膜表面构筑多孔石墨烯层的制备方法，其特征在于，步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢朗，王媛，刘思莹，何佳桐，胡雨萌，王茜茜，成骏峰，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：