本發(fā)明屬于功能材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜的制備方法。

背景技術(shù)：

“改變21世紀(jì)”的材料—石墨烯，因其優(yōu)異的力學(xué)和傳導(dǎo)等性能，成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。以石墨烯優(yōu)異的力學(xué)性能為例，其模量可達(dá)1tpa，拉伸強(qiáng)度高達(dá)240gpa，是現(xiàn)階段已知最強(qiáng)的材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)為納米纖維增強(qiáng)體的發(fā)展提供了全新的契機(jī)。氧化石墨烯表面具有豐富的官能團(tuán)，分散性好，從而容易形成更理想的界面結(jié)合狀態(tài)，制備高性能氧化石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料。

目前，pan基碳纖維的高性能以及多功能化已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大領(lǐng)域裝備技術(shù)的迫切需要。通過(guò)對(duì)pan基碳纖維的改性，可以使纖維獲得不同的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、吸濕等功能，例如pan基碳纖維的最高拉伸強(qiáng)度僅達(dá)到理論值的4％～5％，通過(guò)對(duì)纖維改性，提高其拉伸強(qiáng)度仍有極大潛力。從改性方法上來(lái)講，pan基碳纖維的改性包括化學(xué)改性和物理改性,化學(xué)改性主要有共聚改性、化學(xué)反應(yīng)改性和表面化學(xué)處理改性。物理改性主要有從改性方法上來(lái)講，pan基碳纖維的改性包括化學(xué)改性和物理改性,化學(xué)改性主要有共聚改性、化學(xué)反應(yīng)改性和表面化學(xué)處理改性。物理改性主要有高能射線改性、共混改性和超聲波改性。從pan基碳纖維的制備工藝過(guò)程來(lái)看pan基碳纖維的改性主要集中在紡絲溶液改性和原絲改性。但由于纖維表面活性點(diǎn)較少，該方法制備的多尺度結(jié)構(gòu)中氧化石墨烯接枝密度小、分布不均勻、與纖維的結(jié)合強(qiáng)度無(wú)法保障，同時(shí)制備的酰氯化過(guò)程對(duì)人存在較大毒害，較難推廣生產(chǎn)應(yīng)用。同時(shí)，以上方法都不能在界面進(jìn)行分子水平的排列、調(diào)控和設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜的制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單、條件溫和，同時(shí)制備過(guò)程無(wú)毒無(wú)污染。

本發(fā)明的一種氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜的制備方法，包括：

(1)配制聚丙烯腈紡絲液，通過(guò)靜電紡絲得到聚丙烯腈納米纖維膜；

(2)配制氧化石墨烯鋪展溶液；然后將氧化石墨烯鋪展溶液鋪展在水面，得到單分子層氧化石墨烯，通過(guò)壓縮滑障，得到氧化石墨烯薄膜；

(3)利用lb技術(shù)，通過(guò)拉膜機(jī)將水面的氧化石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至聚丙烯腈納米纖維膜上，得到氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜。

所述步驟(1)中的聚丙烯腈紡絲液的溶劑為n,n-二甲基甲酰胺。

所述步驟(1)中的聚丙烯腈紡絲液的質(zhì)量濃度為0.01mg/ml～1mg/ml。

所述步驟(1)中的靜電紡絲工藝條件為：正電壓1～10v，負(fù)電壓-10～-1v，紡絲速度0.1-1ml/h，距離10～20cm。

所述步驟(2)中的鋪展溶劑為體積比1:4～1:6的純水和甲醇的混合溶液。

所述步驟(2)中的氧化石墨烯鋪展溶液的質(zhì)量濃度為0.1mg/ml～0.2mg/ml。

所述步驟(2)中的壓縮滑障的移動(dòng)速度為0.8cm/min～1.2cm/min。

所述步驟(3)中的拉膜機(jī)的浸漬速度為0.5～2.0mm/min，提拉速度為0.1mm/min～0.3mm/min。

本發(fā)明將氧化石墨烯鋪展溶液通過(guò)注射器小心的鋪展在水面，得到漂浮在水面的稀疏的單分子層氧化石墨烯，通過(guò)壓縮滑障，減少水面面積，壓縮水面的氧化石墨烯，以形成致密的薄膜，得到漂浮在水面單分子層排列的氧化石墨烯薄膜；然后利用langmuir-blodgett(lb)技術(shù)，通過(guò)拉膜機(jī)將漂浮在水面的致密的氧化石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到聚丙烯腈納米纖維上，得到氧化石墨烯修飾聚丙烯腈納米纖維膜。

本發(fā)明以lb自組裝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯在分子水平可控的、有序的自組裝于聚丙烯腈納米纖維，通過(guò)在分子水平的設(shè)計(jì)，制備出一種氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜，在擁有兩種材料優(yōu)良的功能同時(shí)又為深入的功能納米纖維提供了一種新的方法，本發(fā)明制備的這種氧化石墨烯單分子層修飾聚丙烯腈納米纖維膜，方法簡(jiǎn)單，可批量生產(chǎn)，是一種全新的納米纖維增強(qiáng)體，因此在環(huán)保領(lǐng)域、醫(yī)療透析、廢水處理、海水淡化，功能材料等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

有益效果

(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在聚丙烯腈表面的分子水平的調(diào)控、排列、組裝和修飾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚丙烯腈納米纖維表面分子水平的修飾改性，得到了一種含氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜，可廣泛應(yīng)用于紡織品，生物醫(yī)藥，功能材料，水處理等領(lǐng)域，有著很好的實(shí)用價(jià)值與潛在價(jià)值；

(2)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)條件溫和，在制備生產(chǎn)過(guò)程中，沒(méi)有使用有毒試劑，避免了環(huán)境污染。

附圖說(shuō)明

圖1為未修飾的聚丙烯腈納米纖維膜sem圖；

圖2為放大1.8k的氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜sem圖；

圖3為放大10k的氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜sem圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1

聚丙烯腈納米纖維膜的制備，包括如下步驟：

步驟1：準(zhǔn)確稱取0.4g聚丙烯腈粉末，將其溶解于5mldmf中60℃恒溫水浴中磁力攪拌12h，得到0.08g/ml的透明均相的紡絲溶液。

步驟2：調(diào)節(jié)紡絲參數(shù)分別為正電壓7v，負(fù)電壓-8v，紡絲速度0.5ml/h，紡絲距離18cm。

步驟3：采用靜電紡絲法制備聚丙烯腈納米纖維膜，之后靜置10min，再放入恒溫干燥箱中37℃干燥，得聚丙烯腈納米纖維膜。圖1為未修飾的聚丙烯腈納米纖維膜sem圖。

實(shí)施例2

氧化石墨烯鋪展溶液的制備，包括如下步驟：

首先，配置1.0mg/ml的氧化石墨烯水溶液3.0ml，然后在上述溶液中加入15.0ml甲醇，攪拌20min，得到終濃度為0.167mg/ml的氧化石墨烯鋪展溶液。

實(shí)施例3

單分子層氧化石墨烯的制備，包括如下步驟：

取10.0ml上述氧化石墨烯鋪展溶液，用注射劑一滴一滴小心鋪展在在lb水槽中的水面，水槽面積為10*20cm，靜置20分鐘，待水面的甲醇揮發(fā)完全后，移動(dòng)滑障，速度為1.0cm/min，當(dāng)移動(dòng)到滑障的距離為1cm時(shí)，停止移動(dòng)，靜置，等待單分子層氧化石墨烯薄膜自組裝形成。

實(shí)施例4

氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜的制備，包括如下步驟：

將聚丙烯腈納米纖維膜裁剪成5cm*2.5cm規(guī)格的試樣，通過(guò)控制拉膜機(jī)參數(shù)，設(shè)置浸漬速度為1.0mm/min將聚丙烯腈納米纖維膜浸漬在lb水槽中，浸入液面以下的長(zhǎng)度為4cm，等待液面穩(wěn)定20分鐘后，以0.2mm/min的提拉速度提拉聚丙烯腈納米纖維膜，實(shí)現(xiàn)水面單分子層氧化石墨烯轉(zhuǎn)移到聚丙烯腈納米纖維膜表面，得到氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜。然后，在掃描電子顯微鏡下觀察其形貌結(jié)構(gòu)，如圖2為放大1.8k的氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜sem圖；圖3為放大10k的氧化石墨烯單分子層涂層聚丙烯腈納米纖維膜sem圖。由圖1與圖2進(jìn)行對(duì)比，可明顯發(fā)現(xiàn)本發(fā)明得到一種氧化石墨烯單分子層修飾的聚丙烯腈納米纖維膜，由圖2與圖3對(duì)照也明顯看出氧化石墨烯成功的修飾了聚丙烯腈納米纖維膜。