[发明专利]一种基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于膜材料技术领域，具体公开了一种基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜及其制备方法与应用。以氟化石墨颗粒替代普通石墨颗粒，采用修改Hummers法制备高氟化氧化石墨烯纳米片材料，可以直接获得强疏水性二维碳纳米材料，避免了氧化石墨烯还原处理所带来的制备成本与环境污染问题。氟化石墨颗粒因包含一定的C‑F键，呈现出高疏水性与优异的化学稳定性。氟化氧化石墨烯纳米片具有独特的二维片状结构，同时所具有的氟基团赋予了其高疏水性，能够作为添加剂材料制备超疏水性纳米纤维膜材料，并应用于膜蒸馏领域，为膜蒸馏产业化提供一种新的制膜工艺。

技术领域

本发明属于膜材料技术领域，特别涉及一种基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜及其制备方法与应用。

背景技术

近几年，二维碳纳米材料包括氧化石墨烯、还原氧化石墨烯与石墨烯作为添加材料广泛应用于新型膜材料制备领域。二维碳纳米材料能够明显增加聚合物电纺丝溶液导电性，从而促进生成更均一的纳米纤维丝。相比氧化石墨烯，石墨烯纳米材料具有强疏水性，但目前过高的制备成本在很大程度上限制其大规模应用。氧化石墨烯纳米材料经过后续还原处理，可在在一定程度上去除氧化石墨烯表面功能基团，相应的纳米材料被称为还原氧化石墨烯。因非氧化区比例得到提升，还原氧化石墨烯纳米片疏水性得到增强。在亲疏水性方面，还原氧化石墨烯纳米材料介于氧化石墨烯与石墨烯之间。还原氧化石墨纳米片疏水性与其还原程度直接相关，目前多采用强还原剂如水合肼、二甲基肼、硼氢化钠和氢碘酸制备还原氧化石墨烯纳米片，一般需要高温等苛刻条件，同时所采用的还原剂会对环境造成潜在的二次污染。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜。

本发明再一目的在于提供上述基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜在膜蒸馏领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氟化碳分散于浓硫酸/浓磷酸溶液中进行搅拌，搅拌后加入高锰酸钾继续搅拌得到混合溶液；将所得混合溶液加入冰水中，然后添加双氧水，静置后收集液面顶部固体，即为高氟化氧化石墨烯纳米片；

(2)将所得高氟化氧化石墨烯纳米片超声分散于二甲基甲酰胺溶剂中，将聚偏氟乙烯聚合物溶解于二甲基甲酰胺/丙酮混合溶剂中，然后将两种溶液混合得到均一分散的溶液，作为电纺丝聚合物溶液，经静电纺丝得到基于氟化氧化石墨烯纳米片的疏水性电纺丝纳米纤维膜。

步骤(1)所述氟化碳与浓硫酸/浓磷酸溶液的质量体积比为1g～50mL：1g～200mL，优选为1g：100mL。

步骤(1)所述浓硫酸/浓磷酸溶液中浓硫酸与浓磷酸的体积比为6:1～12:1，优选为9:1。

步骤(1)所述高锰酸钾与氟化碳的质量比为6～12：2，优选为9:2。

步骤(1)所述双氧水与氟化碳的体积质量比为8～15mL：4g；优选为10mL：4g。

步骤(1)第一次所述搅拌的温度为40～60℃，搅拌时间为2～6h；第二次所述搅拌的温度为80～90℃，搅拌时间为6～24h。

步骤(2)所述电纺丝聚合物溶液中高氟化氧化石墨烯纳米片的浓度为1～10wt％，优选为2～6wt％，最优选为4wt％。

步骤(2)所述电纺丝聚合物溶液中聚偏氟乙烯聚合物的浓度8～15wt％，优选为12wt％。