[發明專利]一種靜電紡絲制備氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的方法

在審

• 申請號: 201410159160.0
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103938366A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 賈寶平;葉恩洲;王秋澤;丁建寧
• 申請（專利權）人: 江南石墨烯研究院;常州大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/728;D01D5/00
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 馬維麗;任曉嵐

技術領域

本發明涉及本發明涉及一種靜電紡絲制備氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的方法，具體涉及將氧化石墨烯與聚乙烯醇配成紡絲原液進行電紡，經過交聯劑處理之后得到高分離效率，濕膜強度好及優良耐水性能的可用于膜分離領域的氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜及其制備方法。

背景技術

聚乙烯醇具有高度親水性、耐污染性以及良好的化學穩定性、熱穩定性和成膜性能，因此聚乙烯醇膜被廣泛用于超濾、納濾、反滲透和滲透汽化等膜分離技術領域C,Kaya?A.Desalination,2010,253(1):175-179.）。但聚乙烯醇膜存在著分離效率低、濕膜強度差、耐水性差等缺陷在一定程度上制約了聚乙烯醇膜的應用。傳統的聚乙烯醇膜制備方法通常采用溶液澆筑法（蔡邦肖,張佩琴.華東理工大學學報:自然科學版,2006,32(2):235-240.），但是由溶液澆筑法制的的聚乙烯醇膜存在孔徑分布不均勻，比表面積小，分離效率不高等缺點。所以在制備聚乙烯醇膜制備和應用的過程中最大的挑戰，是如何解決聚乙烯醇膜濕膜強度差、耐水性差等缺陷以及制備高通量、高過濾效率聚乙烯醇膜。

姜云鵬等人用Stober法制備納米級分散的SiO₂溶膠，并將其摻雜到聚乙烯醇水溶液中采用溶液澆筑的方法得到了均勻的SiO₂與聚乙烯醇復合膜（姜云鵬,王榕樹.高分子材料科學與工程,2002,18(5):177-180.），通過將SiO₂與聚乙烯醇復合，聚乙烯醇與納米SiO₂表面的羥基形成氫鍵，有效提高了聚乙烯醇膜的機械強度，通過這種方法制的的聚乙烯醇膜仍存在耐水性能差，濕膜強度低，分離效率不高的缺點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述現有技術而提供了一種靜電紡絲制備氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的方法，即通過靜電紡絲將氧化石墨烯與聚乙烯醇電紡成膜再經過交聯劑處理的方法。該方法制得的聚乙烯醇膜具有分離效率高，濕膜強度高，耐水性能好等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種靜電紡絲制備氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨烯加入去離子水中，氧化石墨烯和去離子水的質量比為1：100～1000，超聲分散0.5～2h后，得到分散均勻的氧化石墨烯水溶液；

（2）將分散均勻的氧化石墨烯水溶液與聚乙烯醇混合，然后在攪拌速度為30轉/min～300轉/min條件下，將混合溶液加熱到60～100℃，保持其反應2～12h，冷卻至室溫，得到氧化石墨烯與聚乙烯醇的紡絲原液，氧化石墨烯與聚乙烯醇的紡絲原液中聚乙烯醇的質量分數為6wt%～12wt%；

（3）將氧化石墨烯與聚乙烯醇的紡絲原液靜電紡絲，得到氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜，靜電紡絲條件為：溫度為20～50℃，紡絲電壓為8～22kV，流速為0.01～10mL/h，紡絲接收距離為8～16cm，接收輥轉速100～1500rpm，針頭來回走速20～50cm/min，紡絲時間12h～48h。

進一步地，將氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜在丙酮、去離子水、鹽酸和交聯劑的混合溶液中處理1～12h，去離子水與丙酮的質量比為1:1～5，所述交聯劑和鹽酸在丙酮、去離子水、鹽酸和交聯劑的混合溶液中的質量分數分別為1wt%～6wt%和0.5wt%～1wt%，得到經過交聯的氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜。

具體地，所述交聯劑為馬來酸酐、戊二醛、乙二醛、甲醛、苯二甲酰氯、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、苯二甲酸或環氧氯丙烷中的一種或幾種。

本發明的有益效果是：提供了一種靜電紡絲制備氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的方法。將hummers法制備的氧化石墨烯配成氧化石墨烯溶液與聚乙烯醇的混合，使氧化石墨烯在聚乙烯醇溶液中的分散得更為均勻，避免在制備聚乙烯醇溶液攪拌過程中將氧化石墨烯粉末直接加入，導致氧化石墨烯分散不開、形成團聚影響氧化石墨烯與聚乙烯醇復合膜的機械強度和耐水性，并通過靜電紡絲的手段，提高了氧化石墨烯和聚乙烯醇復合膜的孔隙率及比表面積，同時孔徑分布均勻。氧化石墨烯與聚乙烯醇之間存在氫鍵相互作用，通過在聚乙烯醇中加入氧化石墨烯，能改善復合膜的濕膜強度和耐水性能。復合膜在經過交聯劑處理后改善了其耐水性，由于交聯劑的引入束縛了分子鏈的移動，進一步提高了復合膜的機械強度，通過這種方式得到的復合膜過濾效率高，濕膜強度高，耐水性能好，同時還保留了聚乙烯醇膜本身耐污染性能的優點，從而使聚乙烯醇膜有望在膜分離技術領域的得到更廣泛的應用。

具體實施方式