[發明專利]一種功能化石墨烯插層的納米纖維濾膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201810996163.8
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109157928A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 李晶;李虓;李啟龍;張麗萍;郝相龍;朱宏偉
• 申請（專利權）人: 清華大學;方大炭素新材料科技股份有限公司
• 主分類號: B01D46/54
• 分類號: B01D46/54;D01F1/10;D01F6/54;D01F6/56;D01F6/94
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種功能化石墨烯插層的納米纖維濾膜及其制備方法，屬于空氣凈化及膜材料制備技術領域。該濾膜含有高分子納米纖維和功能化石墨烯層，功能化石墨烯層插于高分子納米纖維內部，兩者相互交疊。其制備方法是：分別配置不同濃度的功能化石墨烯的分散液和高分子溶液，采用靜電紡絲設備，將兩種分散液分別置于兩個注射器中進行噴涂紡絲，使功能化石墨烯層插入高分子納米纖維中，形成濾膜。該濾膜可有效吸附NH₃、CO、NO₂等污染氣體，并且能高效過濾空氣中的煙霧、花粉、PM_2.5等細小顆粒物，大幅度提升過濾效率，實現空氣凈化；也可用于個人防護裝置(如口罩)，有益于人體健康。

技術領域

本發明涉及一種高效的插層式納米纖維濾膜，屬于空氣凈化及膜材料制備技術領域。

背景技術

由于經濟快速增長和工業化以及激增的汽車使用和城市化,中國正遭受嚴重的大氣中可吸入顆粒物(PM)的影響,全球性空氣污染越來越嚴重，人類的健康受到威脅，氣候的惡化和生態系統的損害也日趨嚴重。高效、經濟、節能的濾膜是解決該問題非常理想的手段。然而,現有的纖維過濾膜有許多無法克服的缺點,如纖維直徑較粗(從幾微米到幾十微米)和合成孔徑較大,過濾微粒效率相對較低,膜笨重等。目前，已經開發了多種途徑來制備納米纖維膜，用于分離細顆粒，包括相分離、模板合成、等離子體處理和熔融法。但在這些方法中，大多數仍然存在過濾效率低和能耗高的問題。因而開發一種可簡單制備且高效過濾各種污染物的濾膜，并將其應用于生產生活中至關重要。作為一種簡單而又強大的技術，在納米和亞微米尺度下制備纖維膜，靜電紡絲已經獲得了越來越多的關注。

但市場上現有的濾膜功能較單一，僅能過濾一些大顆粒物，不能滿足高效過濾的需求。

發明內容

本發明的目的是對常用高分子過濾膜的一種改進，使該濾膜具有更高的過濾效率，并不增添復雜的制備過程。

本發明的技術如下：

一種功能化石墨烯插層的納米纖維濾膜，其特征在于：該濾膜含有高分子納米纖維和功能化石墨烯層，該功能化石墨烯層插于高分子納米纖維內部，兩者之間相互交疊。

本發明所述的功能化石墨烯層插于高分子納米纖維內部且相互交疊是采用靜電紡絲工藝同步實現的。

優選地，所述功能化石墨烯層是由氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、羥基化石墨烯和羧基化石墨烯中的一種或幾種材料形成。

優選地，所述的高分子納米纖維是由聚丙烯腈、聚丙烯、聚胺酯、聚乙烯比咯烷酮、雙酚A型聚砜、聚苯乙烯和尼龍中的一種或幾種材料形成的納米纖維。

本發明提供的一種功能化石墨烯插層的納米纖維濾膜的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)將功能化石墨烯和高分子材料分別加入到有機溶劑中，配制成功能化石墨烯前驅液和高分子材料前驅液；

2)采用靜電紡絲設備，將高分子前驅液和功能化石墨烯前驅液分別置于注射器內，并設置工藝參數為：噴頭尖端距離接收器距離為18-20.5cm，電壓8-20kV，推進速度0.6-1.0mm/min，使功能化石墨烯層和高分子納米纖維成型過程同步進行，即可使功能化石墨烯層插于高分子納米纖維內部，形成相互交疊的納米纖維濾膜。

優選地，所述功能化石墨烯前驅液的質量體積濃度為0.01-0.5g/mL，高分子材料前驅液的質量體積濃度為0.5-2g/10mL。

優選地，所述的有機溶劑為采用N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲亞砜中的一種或幾種的混合。