[发明专利]一种基于石墨烯复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合膜的连续制备方法，尤其涉及一种基于石墨烯复合膜的制备方法。

背景技术

自2010年英国曼彻斯特大学的Andre Geim和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖以来，石墨烯以其独特的二维结构和优异的性能（Science, 2008, 321, 385-388）掀起了全世界研究的热潮。宏观组装的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，通过与不同聚合物复合，可以获得不同功能的石墨烯复合膜，石墨烯复合膜具有以下优势：（1）石墨烯性能优异，化学稳定性好，能大批量制备；（2）可通过选择聚合物的种类和比例改变复合膜的结构和性能；（3）将石墨烯的优异性能与聚合物复合得到的膜材料将远远超出传统的膜材料。

常用的制备石墨烯复合膜的方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。中国专利201010134300.0 报道了一种石墨烯/导电高分子复合溶液涂覆在基板表面成膜的方法；中国专利201010042655.7报道了一种石墨烯-聚苯胺复合材料制备方法，石墨烯和聚苯胺通过掺杂形成多孔的复合膜结构；中国专利201110235564.X报道了一种制备聚吡咯/石墨烯复合薄膜，它是将石墨烯粉末与吡咯单体按一定的比例，加入到一定浓度的琥珀酸二辛脂磺酸钠(AOT)水溶液中,在电化学工作站控制的三电极体系中采用电化学方法,在导电电极上电聚合得到聚吡咯/石墨烯复合薄膜。

但是，现有报道的制备方法工艺复杂、膜结构可控性差、耗时耗能，难以实现结构规整的石墨烯复合膜的大规模制备和应用。连续制备结构规整、尺寸可控的石墨烯复合膜仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯复合膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

 一种基于石墨烯复合膜的制备方法，步骤如下：

（1）将1重量份的石墨烯，0.01~1重量份的复合物，5~150重量份的溶剂混合，超声分散后得到石墨烯/复合物的混合液。

（2）将混合液以1~100 mL/h的挤出速度在一字形模口的制备装置中挤出，于10~80℃的凝固液中停留1~100s凝固成膜，干燥后得到石墨烯复合膜。

所述步骤（2）中的一字形模口的制备装置为长方体结构，中间开有一个逐渐变窄的一字形模口。

所述步骤1中的复合物主要由超支化聚缩水甘油醚、超支化共聚(酯-胺)、超支化聚砜胺、超支化聚硅氧基硅烷、纤维素、羟甲基纤维素钠、蚕丝蛋白、海藻酸钠、壳聚糖、明胶、琼脂、尿素-三聚氰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、苯乙烯类树脂、聚氧化亚甲基、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚酮、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳酯、聚醚腈中的一种或多种按照任意配比混合混合；

所述步骤（1）的溶剂主要由水、甲醇、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲亚砜、吡啶、二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丁酮、乙二醇、二甘醇中的一种或多种按照任意配比混合混合。

所述步骤（2）的凝固液主要由质量分数为5-10%的氢氧化钠的甲醇溶液、质量分数为5-10%的氢氧化钠的乙醇溶液、质量分数为5-8%的氢氧化钾的甲醇溶液、质量分数为5-8%的氢氧化钾的乙醇溶液、质量分数为5-10%的氢氧化钠水溶液、质量分数为10-20%的硫酸钠水溶液、质量分数为10-20%的氯化钠水溶液、质量分数为10-20%的氯化钙水溶液、质量分数为5-10%的硝酸钠水溶液、质量分数为5-10%的硝酸钙水溶液、质量分数为5-10%的磷酸钠水溶液、质量分数为5-8%的氯化钾水溶液、质量分数为5-10%的氯化铵水溶液、质量分数为5-15%的氨水中的一种或多种按照任意配比混合组成。

该方法也可以由以下步骤组成：

（1）将1重量份的氧化石墨烯，0.01~1重量份的复合物，5~150重量份的溶剂混合，超声分散后得到氧化石墨烯/复合物的混合液。

（2）将混合液以1~100 mL/h的挤出速度在一字形模口的制备装置中挤出，于10~80℃的凝固液中停留1~100s凝固成膜，干燥后得到氧化石墨烯复合凝胶膜。

（3）将步骤（2）获得的氧化石墨烯膜置于还原剂中还原，洗涤干燥后获得石墨烯复合膜；

所述步骤（2）中的一字形模口的制备装置为长方体结构，中间开有一个逐渐变窄的一字形模口。