本發(fā)明屬于納米纖維膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及pi&氧化石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法。

背景技術(shù)：

霧霾天氣是一種大氣污染狀態(tài)，霧霾是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統(tǒng)表述，尤其是pm2.5(空氣動力學(xué)當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物)被認為是造成霧霾天氣的“元兇”。隨著空氣質(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報。

戴口罩是目前需要外出的人們普遍采用的防護方法，但是，并不是所有口罩都能夠有效的隔絕霧霾pm2.5。目前市場上的國內(nèi)生產(chǎn)口罩均是由無紡布構(gòu)成，而無紡布纖維直徑太大，導(dǎo)致孔隙太大，只能防一些直徑比較大的灰塵顆粒，而對于霧霾pm2.5則作用不大。而使用靜電紡絲工藝制成的純pi納米纖維膜，纖維直徑較大，孔隙小，但是強度較低，在實際使用中容易被破壞。開發(fā)新的材料用于制作口罩，對于防護霧霾pm2.5是非常必要的。

基于此，本發(fā)明提供了一種基于pi納米纖維膜的材料，該材料及解決了pi納米纖維膜抗拉強度低的問題，又保留了其孔隙小的優(yōu)點，作為口罩材料能有效的防止霧霾pm2.5。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種pi&氧化石墨烯復(fù)合納米纖維膜的制備方法。該復(fù)合納米纖維膜在pi紡絲液里加入了小片層氧化石墨烯，利用氧化石墨烯與pi之間形成的氫鍵來加強纖維的抗拉強度，并進一步減小纖維直徑和濾膜的孔隙直徑，使其能有效的防止霧霾pm2.5。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述。

本發(fā)明還提供了一種上述pi&氧化石墨烯復(fù)合納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟a：pi紡絲液的制備：分別將pi和表面活性劑溶于相同的有機溶劑中，并調(diào)節(jié)pi溶液的ph值至酸性，然后將表面活性劑溶液加入到pi溶液中，把得到的混合溶液在80～100℃下反應(yīng)0.5～1.5h得到pi紡絲液。

步驟b：小片層氧化石墨烯的制備：以納米石墨為原料，通過濃硫酸、發(fā)煙硝酸和高錳酸鉀逐步氧化，再通過離心水洗得到氧化石墨烯分散液。

步驟c：復(fù)合紡絲液的制備：將步驟a和b得到的產(chǎn)物混合攪拌得到復(fù)合紡絲液。

步驟d：將上述復(fù)合紡絲液經(jīng)過紡絲得到復(fù)合納米纖維膜。

該方法是通過小片層氧化石墨烯與pi水溶液復(fù)合氧化石墨烯基pi紡絲液，其反應(yīng)機理是通過pi上的羥基與氧化石墨烯片層邊緣的含氧基團生成氫鍵，使纖維的直徑變得更細，從而提高納米纖維膜的強度。

所述步驟a中，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，所述有機溶劑為dmf，所述pi溶液的ph值調(diào)節(jié)為5～6。實際試驗操作中，所述pi的量為1～5g，配成的溶液量為10～40ml。所述十二烷基苯磺酸鈉的量為0.2～1g，配成10～20ml溶液。

所述步驟b中，具體操作過程為：

1)將可膨脹天然石墨粉加入到濃硫酸中，再緩慢加入發(fā)煙硝酸，冰浴攪拌后倒入去離子水中稀釋，經(jīng)抽濾水洗后在干燥，后經(jīng)微波膨脹得到膨脹石墨；2)：取上述膨脹石墨加到濃硫酸中，再加入過硫酸鉀和五氧化二磷，80～100℃下攪拌5～10h后倒入水中稀釋、冷卻、水洗、過濾、干燥得到預(yù)氧化石墨；3)：取上述預(yù)氧化石墨加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀和雙氧水，后倒入水中稀釋、靜置，離心、水洗得到氧化石墨烯分散液。

其中，可膨脹石墨的粒徑在100～500nm，冰浴攪拌時間為24～48h，微波功率為1000～2000w，微波時間為1～5分鐘，兩次干燥的溫度依次分別為50～150℃和25～35℃。

實際試驗操作中，可膨脹石墨的用量為1～5g，三次濃硫酸的用量依次為100～350ml、300～500ml、200～300ml，發(fā)煙硝酸的用量為50～100ml，過硫酸鉀的用量為4.2～8g，五氧化二磷的用量為6～10g，高錳酸鉀的用量為15～20g，雙氧水的用量為20～30ml，三次去離子水稀釋的用量依次為1～2l、2～2.5l和200～300ml。其中，高錳酸鉀要在0.5～1h添加完成，且在添加高錳酸鉀后反應(yīng)溶液需要在35～50℃下攪拌為2～3h。

所述步驟c中，pi紡絲液和石墨烯分散液的質(zhì)量比例為6；1～10：1，攪拌時間為0.5～1.5h。

所述步驟d中，其紡絲條件包括，電壓為15～20kv，接收基體為錫紙，接收體與針頭之間的距離為15cm，注射速度為6微升/分鐘，注射紡絲時間為1～2小時，注射針頭為22號針頭。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例1中純pi纖維膜的sem圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中的pi&氧化石墨烯納米纖維膜的sem圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述.

實施例1

(1)pi紡絲液的制備

將1gpi溶于dmf中，配成10ml溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至6；將0.2g十二烷基硫酸鈉配成10ml溶液；取10ml的十二烷基硫酸鈉溶液滴加到pi溶液中；滴加完畢后，放到油浴鍋里90℃下反應(yīng)1h。

(2)小片層氧化石墨烯的制備

將1g粒徑100nm的可膨脹天然石墨粉加入到100ml的濃硫酸中，再緩慢加入50ml的發(fā)煙硝酸，冰浴攪拌24h后，倒入1000ml去離子水中稀釋，抽濾水洗后，50℃下干燥24h，后在1000w下微波膨脹1min得到膨脹石墨；取上述膨脹石墨加到300ml濃硫酸中，再加入4.2g的過硫酸鉀和6g五氧化二磷，80℃下攪拌5h，后倒入2000ml水中稀釋、冷卻、水洗、過濾、干燥得到預(yù)氧化石墨；取上述預(yù)氧化石墨加入到200ml的濃硫酸中，在0.5h內(nèi)加入15g的高錳酸鉀，35℃下攪拌2h后，倒入200ml去離子水稀釋，冷卻至室溫后，加入20ml雙氧水，后倒入水中稀釋、靜置24h后，離心、加hcl水洗得到氧化石墨烯分散液。

(3)復(fù)合紡絲液的制備：

將(1)和(2)得到分散液按6:1比例混合，攪拌1小時后，得到pi氧化石墨烯復(fù)合紡絲液。

(4)將上述制得的紡絲液通過以下紡絲條件紡成納米纖維膜：電壓為15～20kv，接收基體為錫紙，接收體與針頭之間的距離為15cm，注射速度為6微升/分鐘，注射紡絲時間為1～2小時，注射針頭為22號針頭。

圖1為本實施例中純pi纖維膜的sem圖；圖2為本實施例中的pi&氧化石墨烯納米纖維膜的sem圖。從圖中可知，相對于pi纖維膜，pi&氧化石墨烯納米纖維膜中的纖維更加規(guī)整，更能保持直線形態(tài)，從而增強材料的抗拉性能。

實施例2

(1)pi水溶液的制備

將3gpi溶于dmf中，配成20ml溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至6；將0.6g十二烷基硫酸鈉配成10ml溶液；取10ml的十二烷基硫酸鈉溶液滴加到pi溶液中；滴加完畢后，放到油浴鍋里100℃下反應(yīng)0.5h。

(2)小片層氧化石墨烯的制備

將2g粒徑200nm的可膨脹天然石墨粉加入到200ml的濃硫酸中，再緩慢加入75ml的發(fā)煙硝酸，冰浴攪拌24h后，倒入1500ml去離子水中稀釋，抽濾水洗后，50℃下干燥24h，后在1000w下微波膨脹2min得到膨脹石墨；取上述膨脹石墨加到400ml濃硫酸中，再加入6g的過硫酸鉀和8g五氧化二磷，80℃下攪拌8h，后倒入2000ml水中稀釋、冷卻、水洗、過濾、干燥得到預(yù)氧化石墨；取上述預(yù)氧化石墨加入到250ml的濃硫酸中，在0.5h內(nèi)加入17g的高錳酸鉀，35℃下攪拌2h后，倒入200ml去離子水稀釋，冷卻至室溫后，加入25ml雙氧水，后倒入水中稀釋、靜置24h后，離心、加hcl水洗得到氧化石墨烯分散液。

(3)復(fù)合紡絲液的制備：

將(1)和(2)得到分散液按7:1比例混合，攪拌1.5小時后，得到pi氧化石墨烯復(fù)合紡絲液。

(4)將上述制得的紡絲液通過以下紡絲條件紡成納米纖維膜：電壓為15～20kv，接收基體為錫紙，接收體與針頭之間的距離為15cm，注射速度為6微升/分鐘，注射紡絲時間為1～2小時，注射針頭為22號針頭。

實施例3

(1)pi水溶液的制備

將5gpi溶于dmf中，配成40ml溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至6；將1g十二烷基硫酸鈉配成20ml溶液；取20ml的十二烷基硫酸鈉溶液滴加到pi溶液中；滴加完畢后，放到油浴鍋內(nèi)95℃下反應(yīng)1h。

(2)小片層氧化石墨烯的制備

將5g粒徑300nm的可膨脹天然石墨粉加入到350ml的濃硫酸中，再緩慢加入100ml的發(fā)煙硝酸，冰浴攪拌48h后，倒入2000ml去離子水中稀釋，抽濾水洗后，50℃下干燥24h，后在1000w下微波膨脹5min得到膨脹石墨；取上述膨脹石墨加到500ml濃硫酸中，再加入8g的過硫酸鉀和10g五氧化二磷，80℃下攪拌10h，后倒入2500ml水中稀釋、冷卻、水洗、過濾、干燥得到預(yù)氧化石墨；取上述預(yù)氧化石墨加入到300ml的濃硫酸中，在1h內(nèi)加入20g的高錳酸鉀，35℃下攪拌3h后，倒入300ml去離子水稀釋，冷卻至室溫后，加入30ml雙氧水，后倒入水中稀釋、靜置48h后，離心、加hcl水洗得到氧化石墨烯分散液。

(3)復(fù)合紡絲液的制備：

將(1)和(2)得到分散液按10:1比例混合，攪拌1.2小時后，得到pi氧化石墨烯復(fù)合紡絲液。

(4)將上述制得的紡絲液通過以下紡絲條件紡成納米纖維膜：電壓為15～20kv，接收基體為錫紙，接收體與針頭之間的距離為15cm，注射速度為6微升/分鐘，注射紡絲時間為1～2小時，注射針頭為22號針頭。

實施例4

(1)pi水溶液的制備

將5gpi溶于dmf中，配成40ml溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至5；將1g十二烷基硫酸鈉配成20ml溶液；取20ml的十二烷基硫酸鈉溶液滴加到pi溶液中；滴加完畢后，放到油浴鍋內(nèi)80℃下反應(yīng)1.5h。

(2)小片層氧化石墨烯的制備

將5g粒徑500nm的可膨脹天然石墨粉加入到350ml的濃硫酸中，再緩慢加入100ml的發(fā)煙硝酸，冰浴攪拌48h后，倒入2000ml去離子水中稀釋，抽濾水洗后，150℃下干燥24h，后在2000w下微波膨脹1min得到膨脹石墨；取上述膨脹石墨加到500ml濃硫酸中，再加入8g的過硫酸鉀和10g五氧化二磷，100℃下攪拌5h，后倒入2500ml水中稀釋、冷卻、水洗、過濾、25～35℃下干燥得到預(yù)氧化石墨；取上述預(yù)氧化石墨加入到300ml的濃硫酸中，在1h內(nèi)加入20g的高錳酸鉀，50℃下攪拌2h后，倒入300ml去離子水稀釋，冷卻至室溫后，加入30ml雙氧水，后倒入水中稀釋、靜置48h后，離心、加hcl水洗得到氧化石墨烯分散液。

(3)復(fù)合紡絲液的制備：

將(1)和(2)得到分散液按10:1比例混合，攪拌0.5小時后，得到pi氧化石墨烯復(fù)合紡絲液。

(4)將上述制得的紡絲液通過以下紡絲條件紡成納米纖維膜：電壓為15～20kv，接收基體為錫紙，接收體與針頭之間的距離為15cm，注射速度為6微升/分鐘，注射紡絲時間為1～2小時，注射針頭為22號針頭。