[發明專利]一種石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110055856.9
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112844074A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 任國峰;馬立國;劉少華
• 申請（專利權）人: 任國峰
• 主分類號: B01D71/42
• 分類號: B01D71/42;B01D69/08;B01D69/02;B01D67/00;D01F6/54;D01F1/10;D01F1/08;C02F101/20
• 代理公司: 上海尚象專利代理有限公司 31335
• 代理人: 劉云

1.一種石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜，其特征在于，所述的中空纖維膜的原料按質量百分比計包含：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％；所述的致孔劑為無機鹽、聚乙二醇、氰基丙烯酸乙酯按質量比為1:(2-4):

(1-2)的混合物。

2.如權利要求1所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜，其特征在于，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、氧化還原法的方法制備的任意一種。

3.如權利要求1所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜，其特征在于，所述的改性劑為聚乙二醇、十二烷基吡咯烷酮、聚乙烯吡絡烷酮、硅烷偶聯劑的混合物，其質量比為1:(2-4):(3-5):(1-2)。

4.如權利要求1所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜，其特征在于，所述的溶劑為DMF。

5.一種如權利要求1～4中任意一項所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，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，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，得到所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜。

6.如權利要求5所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，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20～40min，然后超聲30～60min，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％。

7.如權利要求5所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中，將功能性石墨烯漿料和改性劑加入DMF溶劑中，充分攪拌15～30min，再超聲20～40min，然后加入聚丙烯腈粉、致孔劑，在40～60℃溶脹30～50min后，升溫至70～80℃攪拌1～2h，制備鑄膜液。

8.如權利要求5所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中將鑄膜液加入到60～80℃的反應釜中，進行過濾、脫泡，去除不溶物、氣泡和雜質，開始排料，采用干濕法紡絲，紡出膜絲先經過長度為5～10cm的空氣通道，再進入凝固浴；膜絲孔為圓環形，采用DMF/H₂O梯度凝固浴，梯度質量比分別為(50～60):(35～40)、(50～55):(60～70)；產物經水洗后，于室溫下浸泡在去離子水萃取浴中2～5h。

9.如權利要求5所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟5中，將產物分別在50～60℃、85～95℃的水浴中進行兩次拉伸，拉伸倍數分別為3～4倍、2～3倍。

10.如權利要求5所述的石墨烯復合聚丙烯腈中空纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的步驟5中，所得的膜絲進行干燥，膜絲內徑為0.8～1.5mm，外徑為2.1～2.5mm。