[发明专利]一种纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米晶‑还原氧化石墨烯复合膜及其制备方法和应用。本发明的纤维素纳米晶‑还原氧化石墨烯复合膜的组成包括交替堆叠的还原氧化石墨烯层和纤维素纳米晶自组装层，还原氧化石墨烯层的组成包括还原氧化石墨烯纳米片，纤维素纳米晶自组装层的组成包括取向排列的纤维素纳米晶。本发明的纤维素纳米晶‑还原氧化石墨烯复合膜具有光热转化效率高、强度大、韧性大、成本低等优点，且其制备方法简单、环保，在太阳能界面蒸发海水淡化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及石墨烯基复合材料技术领域，具体涉及一种纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是一种通过sp²杂化形成的六角网格结构的碳纳米材料，其具有高比表面积、高机械强度、高光学吸收性能和优异的导电导热性能，在吸附、能源、光热转化、电子材料等领域有着极大的应用潜力。然而，石墨烯固有的共轭结构使其易发生聚集，不仅不易与其他材料进行共混，而且还会降低其比表面积。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种衍生物，其表面含有大量的含氧官能团，具有亲水性，且能够和多种材料形成化学结合，但氧化石墨烯缺陷较多，严重影响了石墨烯片层的力学性能、导电性能和导热性能。还原氧化石墨烯(RGO)不仅保留了部分含氧官能团，而且还具有石墨烯优异的性能，具有更好的应用前景。然而，现有的石墨烯基复合材料大多存在石墨烯基材料分布不均匀、力学性能差、制备工艺复杂、成本高等问题，应用受到了很大限制。

因此，开发一种石墨烯基材料分布均匀、力学性能优异、制备工艺简单、成本低的石墨烯基复合材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜，其组成包括交替堆叠的还原氧化石墨烯层和纤维素纳米晶自组装层；所述还原氧化石墨烯层的组成包括还原氧化石墨烯纳米片；所述纤维素纳米晶自组装层的组成包括取向排列的纤维素纳米晶。

优选的，所述还原氧化石墨烯纳米片、纤维素纳米晶的质量比为0.05～0.3:1。

优选的，所述还原氧化石墨烯纳米片的片径为50nm～200nm。

优选的，所述纤维素纳米晶的长度为100nm～500nm，直径为5nm～20nm。

一种如上所述的纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜的制备方法包括以下步骤：

1)将纤维素纳米晶悬浮液和氧化石墨烯纳米片分散液混合，得到纤维素纳米晶-氧化石墨烯混合分散液；

2)将纤维素纳米晶-氧化石墨烯混合分散液成膜，得到纤维素纳米晶-氧化石墨烯复合膜；

3)将纤维素纳米晶-氧化石墨烯复合膜放入NaOH溶液中进行浸泡，再取出干燥，即得纤维素纳米晶-还原氧化石墨烯复合膜。

优选的，步骤1)所述纤维素纳米晶悬浮液中的纤维素纳米晶(CNC)、氧化石墨烯(GO)纳米片分散液中的氧化石墨烯纳米片的质量比为1:0.05～0.3。

优选的，步骤1)所述纤维素纳米晶悬浮液中纤维素纳米晶的质量分数为0.8％～1.2％。

优选的，步骤1)所述氧化石墨烯纳米片分散液中氧化石墨烯纳米片的浓度为1.8mg/mL～2.2mg/mL。

优选的，步骤1)所述混合的方式为超声分散。

优选的，所述超声分散在冰水浴中进行。

优选的，步骤2)所述成膜的方式为抽滤。

优选的，所述抽滤采用的滤膜的孔径为0.2μm～0.3μm。