[发明专利]一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法

说明书

本发明公开了一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得所述石墨烯基中空纤维。期望石墨烯纸结构优越的性能能够为石墨烯中空纤维的进一步发展和推广应用作出贡献。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法。

背景技术

石墨烯是一种导电材料，其优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达106cm2.v-1s-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m-1.k-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m2.g-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。由石墨烯构建的石墨烯中空纤维在保持石墨烯固有特性的基础上还具有良好的柔韧性，较高的表面积，因而在包括电极材料、储能材料、催化材料等领域有着潜在应用价值并受到人们的高度关注。石墨烯纸是一种基于石墨原料的合成材料。它不仅重量轻，强度和硬度高，具有比钢更好的柔韧性，并且还是一种环保材料。人们的研究表明石墨烯纸比钢材料轻6倍，密度比钢低5～6倍，但硬度要高出2倍，抗弯刚度则是钢材的13倍。因此将石墨烯基中空纤维的管壁采用石墨烯纸样结构对于石墨烯基材料中空纤维的进一步开发和利用将有重要的意义。目前石墨烯纸主要通过氧化石墨烯或其改性形式的分散体通过过滤介质(膜或滤纸)过滤以获得薄纸状薄膜。由于过滤或者真空过滤是从液体中分离固体的一种基本，简单，高效的技术。过滤辅助组件具有易于加工，低成本，膜均匀性，厚度容易控制和产量高等优点。所以，人们已经研究将石墨烯纸用于能源存储等领域。但是目前石墨烯纸采用平面过滤介质，所获得的石墨烯纸也是平面的。因此，构建石墨烯纸样结构的石墨烯基中空纤维必须开发新的技术,因为平面过滤介质过滤制备石墨烯纸可以轻易地将石墨烯纸与过滤介质剥离，但是采用一维过滤介质过滤制备石墨烯基中空纤维则面临分离石墨烯纸样结构中空纤维与一维过滤介质的巨大挑战。为此，本申请在国际上首次提出将体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜作为模板，将石墨烯基材料溶液过滤通过处于膨胀状态下中空纤维过滤膜并截留石墨烯基材料层在中空纤维过滤膜的表面，然后收缩中空纤维过滤膜而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜由此获得石墨烯纸样结构构建的新型石墨烯基中空纤维。本发明将石墨烯纸的优点附加于石墨烯基中空纤维上将有助于石墨烯中空纤维的进一步开发和应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，通过在体积具有伸缩特性且处于膨胀状态的中空纤维过滤膜上过滤截留石墨烯基材料，然后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜并将石墨烯纸结构赋予石墨烯基中空纤维，从而有助于石墨烯基中空纤维的进一步开发和利用。

技术方案：

本发明的一种采用过滤膜制备石墨烯基中空纤维的方法，其特征是首先选取石墨烯基材料及体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜，然后将石墨烯基材料配制为溶液并通过过滤而将石墨烯基材料截留在体积处于膨胀状态的中空纤维过滤膜的表面，随后使得中空纤维过滤膜处于收缩状态而分离石墨烯基材料层及中空纤维过滤膜即获得新型石墨烯基中空纤维。

所述石墨烯基材料是指石墨烯及其衍生物。

所述具有伸缩特性的中空纤维过滤膜其固态体积大时为膨胀状态，其固态体积小时为收缩状态。

所述体积具有伸缩特性的中空纤维过滤膜是指中空纤维过滤膜表面连接具有环境体积响应的智能材料成为中空纤维模板。智能材料在不同的温度或者PH条件下能够可逆收缩与膨胀。中空纤维模板上的智能材料在膨胀状态下籍由过滤包覆石墨烯基材料层，然后智能材料在收缩状态下分离中空纤维滤膜和石墨烯基材料层。