[發明專利]一種功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201910135772.9
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109731484A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 劉少華;林忠義
• 申請（專利權）人: 常州興烯石墨烯科技有限公司
• 主分類號: B01D71/42
• 分類號: B01D71/42;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 上海尚象專利代理有限公司 31335
• 代理人: 李立藏

本發明公開了一種功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜及其制備方法，其原料包含：聚丙烯腈粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性劑0.1％～1％，致孔劑10％～20％，溶劑30％～60％。制備方法包含：步驟1，稱取原料；步驟2，制備功能性石墨烯漿料；步驟3，將漿料和改性劑加入DMF溶劑中，加入聚丙烯腈粉、致孔劑，制備鑄膜液；步驟4，將鑄膜液加入到反應釜中，采用干濕法紡絲，紡出膜絲先經過空氣通道，再進入凝固浴，經水洗后于室溫下浸泡在去離子水萃取浴中；步驟5，將產物在水浴中進行兩次拉伸，再進行干燥。本發明制備的纖維膜強度高，過濾效率高，能夠去除水中的細菌和病原體。

技術領域

本發明涉及一種纖維膜及其制備方法，具體地，涉及一種功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜及其制備方法。

背景技術

石墨烯是從石墨中剝離出來的單層碳原子材料，由碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構，它是人類已知的厚度最薄、質地最堅硬、導電性最好的材料。石墨烯具有優異的力學、光學和電學性質，結構非常穩定，迄今為止研究者尚未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況，碳原子之間的鏈接非常柔韌，比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，如果用石墨烯制成包裝袋，它將能承受大約兩噸重的物品，幾乎完全透明，卻極為致密，不透水、不透氣，即使原子尺寸最小的氦氣也無法通過，導電性能好，石墨烯中電子的運動速度達到了光速的1/300，導電性超過了任何傳統的導電材料，化學性質類似石墨表面，可以吸附和脫附各種原子和分子，還有抵御強酸強堿的能力。同時石墨烯還具有優異的抗菌功能，應用在凈水中空纖維膜中，可有效避免細菌滋生，防止二次污染。

發明內容

本發明的目的是提供一種纖維膜及其制備方法，制備的纖維膜強度高、過濾效率高，工藝簡單易操作，成本低廉，經濟效益高，適合大規模工業化生產。

為了達到上述目的，本發明提供了一種功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜，其中，所述的中空纖維膜的原料按質量百分比計包含：聚丙烯腈(PAN)粉20％～50％，氧化石墨烯溶液0.1％～15％，改性劑0.1％～1％，致孔劑10％～20％，溶劑30％～60％。

上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜，其中，所述的氧化石墨烯溶液通過氧化石墨烯和去離子水制備；所述的氧化石墨烯的石墨烯是采用機械剝離法、液相剝離法、化學氣相沉積法、氧化還原法等方法制備的任意一種。

上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜，其中，所述的改性劑為包含聚乙烯醇、木質磺酸鈉、聚乙烯吡絡烷酮(PVP)的混合物，其質量比為1∶(1～2)∶(2～3)。

上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜，其中，所述的致孔劑包含無機鹽、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯中的任意一種或多種。

上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜，其中，所述的溶劑為DMF(二甲基甲酰胺)。

本發明還提供了上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其中，所述的方法包含：步驟1，按比例稱取各原料；步驟2，制備氧化石墨烯溶液，得到功能性石墨烯漿料；步驟3，將步驟2所得的功能性石墨烯漿料和改性劑加入DMF(二甲基甲酰胺)溶劑中，經過攪拌、超聲，再加入聚丙烯腈粉、致孔劑，溶脹，然后升溫，再進行攪拌，制備鑄膜液；步驟4，將步驟3制得的鑄膜液，加入到反應釜中，進行過濾、脫泡，去除不溶物、氣泡和雜質等，開始排料，采用干濕法紡絲，紡出膜絲先經過空氣通道，再進入凝固浴，經水洗后，于室溫下浸泡在去離子水萃取浴中；步驟5，將步驟4所得的產物在水浴中進行兩次拉伸，所得的膜絲經干燥，得到所述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜。

上述的功能性石墨烯聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其中，所述的步驟2中，稱取氧化石墨烯粉體，并分散于去離子水中，常溫狀態下攪拌10～20min，然后超聲20～40min，得到功能性石墨烯漿料；氧化石墨烯粉體在去離子水中的質量濃度為1％～15％。該功能性石墨烯漿料體系，能夠很好的與聚丙烯腈鑄膜液混合。