[发明专利]一种石墨烯基热湿交换复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯基热湿交换复合膜的制备方法，该材料通过石墨烯与金属有机骨架材料复合并原位沉积于聚偏氟乙烯微孔膜制备而成。先采用冷凝回流法对天然鳞片石墨或膨胀石墨进行表面改性处理，再采用超临界流体法制得石墨烯量子点。配制含有金属有机骨架分子浆液，并包埋和吸附石墨烯量子点进行可控生长，并原位沉积于聚偏氟乙烯微孔膜上后进行微波干燥，制备得到可应用于热湿交换芯体材料的石墨烯基复合膜。采用该方法制备的复合膜，具有优异的传热、传湿、透气性能，力学性能和化学稳定性俱佳，可作为热湿交换膜广泛应用于膜式全热交换系统芯体材料，推动全热交换器作为一种有效的改善室内空气品质和降低空调能耗的节能环保设备积极发展。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基热湿交换复合膜的制备方法，属于纳米复合材料制备及应用技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的迅速发展和城市化进程的加快，建筑面积正迅速增加，加上人民生活水平的提高，与之配套的空调能耗也迅速增加。2009年，建筑能耗占社会总能耗的30％左右。据测算，到2020年这个比例将上升到35％左右。据估计，各电网高峰负荷中给有1/3都属于空调制冷负荷。因此，降低空调能耗对缓解能源短缺起着关键作用。

膜式全热交换器不仅能回收室内空气的显热和潜热，起到降低空调系统新风负荷的作用，又能引进新风起到改善室内空气品质的的作用，具有很好的应用前景。而在我国，膜式全热交换器一直未能得到推广和普及，其原因主要包括：国产热湿交换材料性能不佳，换热效率低，价格不菲；而进口材料价格高昂，产品体积庞大，受到建筑条件限制等。

因此，深入研究开发膜式全热交换器核心部件材料——热湿交换膜，并广泛推广，对于我国的节能减耗和环保事业有着重要意义。

发明内容

区别于现有技术中将纸质材料作为传统的热湿交换膜，本发明提供了一种石墨烯基热湿交换复合膜的制备方法，采用石墨烯基热湿交换复合膜，显著提高了传热及透湿效率，同时解决纸质膜抗菌差问题，并提高了膜整体力学、耐老化、阻燃等综合性能。

采用本发明的制备方法，石墨烯基热湿交换复合膜具有更好的传热、透湿透气和阻燃性能。主要是因为该复合膜基于有机框架的几何结构和无机金属离子相互配位结合形成的多孔结构，因而具有极高的孔隙率、较大的比表面积且不饱和金属键丰富，可在气体分离和传质应用扮演重要的角色。当石墨烯量子点与金属有机骨架材料复合后，形成由配位聚合物以及包埋和吸附的石墨烯量子点组成的杂化球；还有一些石墨烯量子点未耗尽，散落分布于整个体系。由于石墨烯量子点是零维的石墨烯片，复合膜不仅可以协同石墨烯的高导热、优异的力学性能及化学稳定性，大幅提升膜的传热性能、力学性能、热稳定性及阻燃性能，并达到抗菌效果；还可以利用成核机理对晶体杂化球进行生长调控，从而达到复合膜孔径尺寸可调的目的，因此膜的水蒸气通量和气体分离效率都得以提升。

该工艺的采用新型纳米材料及结构，其组成、制备方法和孔隙率等参数可控性强，为调制其热湿交换性能性能提供了灵活的解决方案。该工艺过程简单，可工业化制备，利用所制备的石墨烯基热湿交换复合膜可广泛应用于膜式全热交换器等暖通节能领域。

本发明的技术方案是：一种石墨烯基热湿交换复合膜的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、采用冷凝回流法将天然鳞片石墨乙醇浆料或可膨胀石墨乙醇浆料进行表面活性剂改性处理；

步骤二、将步骤一配制的浆料先后采用超声、超临界二氧化碳流体法处理，然后经过离心工艺提取上清液制得石墨烯量子点浆液；

步骤三、将聚偏氟乙烯微孔膜浸润于步骤二得到的石墨烯量子点浆液中；

步骤四、采用模板合成法，将金属有机骨架前驱体合成溶液引入步骤三浆液中，经过24小时后，石墨烯量子点和属有机骨架原位沉积复合于聚偏氟乙烯微孔膜上；

步骤五、采用微波干燥法，将含有石墨烯量子点和金属有机骨架复合材料的聚偏氟乙烯微孔膜进行干燥后，得到热湿交换复合膜。