[發(fā)明專利]一種石墨烯中空纖維及其連續(xù)化制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610818248.8
• 申請(qǐng)日: 2016-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN106400077B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翁巍;朱美芳;楊俊杰;杜驍文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D9/04
• 分類號(hào): C25D9/04;C23F1/14;C01B32/182;C01B32/184
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

本發(fā)明提供了一種石墨烯中空纖維及其連續(xù)化制備方法。所述的石墨烯中空纖維的連續(xù)化制備方法，其特征在于，包括：將銅絲連續(xù)地牽引出來并浸入氧化石墨烯電解液中，然后通過三電極系統(tǒng)在銅絲表面電化學(xué)鍍石墨烯，接著連續(xù)地收集表面涂敷石墨烯的銅絲并成卷，隨后浸入氯化鐵水溶液中溶解銅絲，最后經(jīng)過清洗和干燥得到石墨烯中空纖維。利用該方法制備的石墨烯中空纖維能夠在中空直徑和管壁厚度有較大范圍的調(diào)整變化，為石墨烯中空纖維在過濾分離、能源、傳感、制動(dòng)等方面的應(yīng)用建立扎實(shí)基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯中空纖維及其連續(xù)化制備方法，屬于纖維技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

本發(fā)明纖維已經(jīng)深入應(yīng)用到國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的廣泛領(lǐng)域，比如航空航天、導(dǎo)彈裝甲、醫(yī)療環(huán)保、家居裝飾和穿戴服用。傳統(tǒng)的天然纖維和化學(xué)纖維，如棉纖維、麻纖維、滌綸纖維、錦綸纖維、維綸纖維和丙綸纖維的優(yōu)勢(shì)主要在于力學(xué)性能和服用性能。但是隨著科技的快速發(fā)展，特別是電子信息技術(shù)的急速更新，需要纖維具有更高的性能和更多的功能，例如更高的強(qiáng)度、優(yōu)異的電磁性能、靈敏的響應(yīng)性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等。因此需要開發(fā)新型纖維。

石墨烯是一類二維納米材料，具有碳原子單層結(jié)構(gòu)，其厚度為0.34nm，具有優(yōu)異的力學(xué)、電、磁、熱、化學(xué)等性能，于2004年被發(fā)現(xiàn)并得到快速發(fā)展。以石墨烯為單元來構(gòu)建的纖維具有優(yōu)良的綜合性能，能夠滿足更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用要求。到目前為止，石墨烯纖維的研究報(bào)道很多，但是石墨烯中空纖維的報(bào)道較少。中空纖維是一種差別化纖維，具有低密度、高孔隙率、透通性等特點(diǎn)，能夠應(yīng)用于過濾分離、能源、傳感、制動(dòng)等領(lǐng)域，是一類重要的纖維品種。現(xiàn)有報(bào)道如下：文獻(xiàn)(Chuangang Hu，Yang Zhao，Huhu Cheng，Yanhong Wang，ZelinDong，Changcheng Jiang，Xiangquan Zhai，Lan Jiang and Liangti Qu，Nano Lett.2012，12，5879)把一段銅絲(＜10米)伸入含有氧化石墨烯溶液的玻璃管中，然后兩端封閉，在230度下保溫2.5小時(shí)，就獲得覆蓋石墨烯的銅絲，最后把銅絲溶解就獲得石墨烯中空纖維。該方法無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備，并且需要高溫以及耗時(shí)過長(zhǎng)。另外文獻(xiàn)(Yang Zhao，ChangchengJiang，Chuangang Hu，Zelin Dong，Jiangli Xue，Yuning Meng，Ning Zheng，Pengwan Chenand Liangti Qu，ACS Nano，2013，7，2406)利用濕法紡絲工藝和皮芯結(jié)構(gòu)噴絲板首先制備氧化石墨烯中空纖維，然后還原得到石墨烯中空纖維。該方法實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化制備，但是需要還原工序把氧化石墨烯還原成石墨烯。

因此，縱觀現(xiàn)有的專利及文獻(xiàn)報(bào)道，石墨烯中空纖維的制備方法非常有限，并且現(xiàn)有方法中沒有一種能夠?qū)崿F(xiàn)無需還原的常溫連續(xù)化制備。另外，現(xiàn)有方法制備的石墨烯中空纖維的中空直徑及壁厚的調(diào)整范圍較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)無需還原的常溫連續(xù)化制備石墨烯中空纖維。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯中空纖維的連續(xù)化制備方法，其特征在于，包括：將銅絲連續(xù)地牽引出來并浸入氧化石墨烯電解液中，然后通過三電極系統(tǒng)在銅絲表面電化學(xué)鍍石墨烯，接著連續(xù)地收集表面涂敷石墨烯的銅絲并成卷，隨后浸入氯化鐵水溶液中溶解銅絲，最后經(jīng)過清洗和干燥得到石墨烯中空纖維。

優(yōu)選地，所述的銅絲的直徑為2～3000μm。

優(yōu)選地，所述含有氧化石墨烯的電解液中的電解質(zhì)為高氯酸鋰、鹽酸和硫酸中的一種。

優(yōu)選地，所述含有氧化石墨烯的電解液中電解質(zhì)的質(zhì)量百分比為0.01％-5％。

優(yōu)選地，所述氧化石墨烯的電解液中氧化石墨烯的質(zhì)量百分比為0.01％～2％。