氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:33:46
技术领域
本发明属于膜材料制备领域，具体涉及一种氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法。
背景技术
膜材料具有超薄的厚度，以及宏观上平整的表面，近年来得到了诸多领域广泛的关注。近年来，构建新型的、具有高机械性能以及导电能力的膜仍然具有很大的挑战，尤其是制备具有纳米尺寸通道的纳流控膜材料用于离子传输，更是困难。而研究比较多的则是二维材料，比如氧化石墨烯，Mxenes材料，碳三氮四膜等；除了二维膜材料之外，近期发展起来的共价有机框架膜由于其规整的孔结构，也得到了众多研究者的关注。但是COF材料的制备过程要涉及到诸多的有机溶剂试剂，所以不利于实际应用。因此，二维材料得到了更加广泛的关注。
但是，二维材料比如氧化石墨烯表面是含有非常丰富的含氧官能团，在组装形成的二维通道膜内，二维材料纳米片上丰富的含氧官能团会和水分子结合，水分子的结合不仅是简单地增加二维材料的纳米孔，另外最重要的是损害了二维膜在水中的稳定性，这极大地限制了二维材料在实际中的应用范围。
近期，复合材料吸引了广大研究者的目光。比如，近期研究者发展了一种二维异制通道膜，是氧化石墨烯与g-C3N4一起组装起来的具有纳米尺寸通道的异制复合膜。这种膜能够形成非常稳定的层状通道，具有非常优越的机械性能和水稳定性。另外，氧化石墨烯还可以与其他的二维材料比如氮化硼二维膜，构成异制的二维复合膜，制备得到的膜具有非常好的水稳定性，可以用于盐差能的捕获，最后该膜在水中具有非常好的机械稳定性以及性能稳定性。
基于以上背景，考虑到可以不仅制备同维度之间的复合，也可以将不同维度的复合材料进行复合组装在一起。考虑到芳纶纤维ANF具有非常强的机械稳定性，因为其主要是由聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)聚合物链所构成的，PPTA聚合物链中含有丰富的氮原子以及氧原子和氢原子，因此聚合物链之间存在丰富的氢键，因此可以增加ANF本身的机械强度。另外，将ANF与GO进行复合，可以增加GO/ANF/GO复合膜的机械稳定性，借助GO与ANF之间的氢键的辅助作用，通过超组装之后，制备得到具有仿贝壳结构的，高机械性能的GO/ANF/GO复合膜，进而将其应用于多个领域。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法。
本发明提供了一种氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将凯夫拉丝线和氢氧化钾固体加入二甲基亚砜溶剂中，在第一预定温度下搅拌第一预定时间，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液；步骤2，将氧化石墨烯置于二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液；步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜；步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为5wt％～80wt％的混合液，而后加入去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液；步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后进行第二预定时间的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，第一预定温度为30℃～50℃，第一预定时间为7天～10天。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的纳米片层的的尺寸为3μm～5μm。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，抽滤采用的是真空抽滤，且采用的滤膜为80nm孔尺寸的阳极氧化铝滤膜。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中，氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为80wt％。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，抽滤采用的是真空抽滤，且采用的滤膜为80nm孔尺寸的阳极氧化铝滤膜。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，烘干处理采用鼓风烘箱，且鼓风烘箱中的温度为80℃～85℃，第二预定时间为24h。
在本发明提供的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5中，烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的厚度为5μm～10μm，二维通道尺寸为0.6nm～0.8nm。
发明的作用与效果
本发明利用了芳纶纤维与氧化石墨烯之间的氢键作用，在氢键的辅助下，芳纶纤维与氧化石墨烯之间发生跨维度的超组装作用，在真空抽滤的辅助作用下，制备得到GO/ANF/GO复合膜，由于氢键的作用，制备得到的复合膜具有规整的2D通道，以及非常好的机械稳定性。
进一步地，采用阳极氧化铝AAO滤膜作为最终的滤膜来制备GO/ANF/GO复合膜，这是由于在长期的真空抽滤过程中，GO逐渐的堵住AAO的孔，因此减缓了抽滤的过程，缓慢的抽滤过程，导致最终形成了非常规整的二维亚纳米尺寸通道。另外，由于在过滤的过程中，阳极氧化铝中的铝离子逐渐的会渗入到GO膜中，与GO纳米片上的含氧官能团以及ANF上的含氧官能团和氮原子之间产生螯合作用，所以，最终增加了GO/ANF/GO复合膜的稳定性。
此外，ANF与GO混合之后，加入一定体积的去离子水，这里主要是因为去离子水可以加速水解，进一步增加氧化石墨烯与芳纶纤维之间的氢键作用力。并且在经过真空抽滤之，后对其进行进一步的热处理，热处理过程不仅增加了复合膜的稳定性，并使得碳的结构由无定形碳朝着晶型碳发生变化。
综上，本发明的制备方法借助于GO与ANF之间的氢键作用力，在氢键作用力的辅助作用下通过超组装方法，采用阳极氧化铝AAO滤膜，制备得到具有规整二维通道的GO/ANF/GO复合膜。制备得到的复合膜具有非常好的机械稳定性以及水稳定性，另外由于ANF的引入，其为复合膜体系引入大量的氢键，增加了复合膜在广泛pH下的稳定性，能够用于多种水基领域的应用。
因此，本发明的制备方法为氢键辅助超组装方法，简单、易操作，制备得到的GO/ANF/GO复合膜具有优越的机械稳定性能，并可以在广泛pH的水溶液中长期稳定存在，解决普通二维膜在水中容易分散破裂的现象，在离子传输、脱盐、传感、能量转换以及纳米反应器等多个领域具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于静电辅助超组装策略制备GO/ANF/GO复合膜的装置图；
图2是本发明的GO/ANF/GO微观氧化石墨烯片层与ANF排列的示意图；
图3是本发明的实施例中制备得到的GO/ANF/GO复合膜的光学图片；
图4是本发明的实施例中制备得到的GO膜以及GO/ANF/GO复合膜的扫描电子显微镜对比图；
图5是本发明的实施例中研究GO以及GO/ANF/GO复合膜机械性能的表征图；
图6是本发明的实施例中制备得到的GO/ANF/GO复合膜应力变化图；
图7是本发明的实施例中制备的GO/ANF/GO复合膜在不同pH下的稳定性能图；
图8是本发明的实施例中制备的不同比例的GO/ANF/GO复合膜在干态下的X-射线衍射谱图，以及GO膜与GO/ANF/GO复合膜干湿态X-射线衍射谱图的对比。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
本发明提供了一种氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将凯夫拉丝线和氢氧化钾固体加入二甲基亚砜溶剂中，在第一预定温度下搅拌第一预定时间，得到暗红色的芳纶纤维ANF纳米纤维溶液。
本发明中，第一预定温度为30℃～50℃，第一预定时间为7天～10天，采取30-50℃的温度去降解凯夫拉线条，是因为在这种温度下，聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA聚合物链之间的氢键会被打开，进而可以与GO形成更多的氢键，增加GO/ANF/GO复合膜的稳定性。
步骤2，将氧化石墨烯GO置于二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
本发明中，氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的纳米片层的的尺寸为3μm～5μm，在这个尺寸制备得到的GO二维纳米通道膜具有更加规整的通道。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入去离子水，使得GO上的含氧官能团充分去质子化，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
本发明中，抽滤采用的是真空抽滤，且采用的滤膜为80nm孔尺寸的阳极氧化铝滤膜AAO。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为5wt％～80wt％的混合液，而后加入去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
本发明中，氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为80wt％。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后进行第二预定时间的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
本发明中，抽滤采用的是真空抽滤，且采用的滤膜为80nm孔尺寸的阳极氧化铝滤膜AAO，烘干处理采用鼓风烘箱，且鼓风烘箱中的温度为80℃～85℃，第二预定时间为24h，烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜的厚度为5μm～10μm，二维通道尺寸为0.6nm～0.8nm。
<实施例1>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为5wt％～80wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例2>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为5wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例3>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为10wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例4>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为15wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例5>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为25wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例6>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为50wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例7>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为60wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
<实施例8>
步骤1，将0.5g～0.7g凯夫拉丝线和0.6g～0.8g氢氧化钾固体加入240mL～280mL二甲基亚砜溶剂中，在30℃～50℃下搅拌7天～10天，得到暗红色的芳纶纤维纳米纤维溶液。
步骤2，将100mg～120mg氧化石墨烯置于100mL～120mL二甲基亚砜溶剂中，而后进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液。
步骤3，在氧化石墨烯分散液中加入1mL～2mL去离子水，之后将氧化石墨烯分散液进行抽滤，得到单纯的氧化石墨烯膜。
步骤4，将芳纶纤维纳米纤维溶液加入到氧化石墨烯分散液中，配置氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为80wt％的混合液，而后加入1mL～2mL去离子水进行超声处理，得到氧化石墨烯与芳纶纤维的混合分散液。
步骤5，将混合分散液抽滤成膜，并将该膜置于通风橱中过夜，得到剥离下来的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜，而后在80～85℃的鼓风烘箱中进行24h的烘干处理，得到烘干后的氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜。
图1为本发明各个实施例中通过氢键辅助超组装方法制备GO/ANF/GO复合膜的装置图，其中，采用阳极氧化铝AAO作为滤膜，通过真空抽滤的方法制备得到最终的GO/ANF/GO复合膜。图2是本发明的GO/ANF/GO微观氧化石墨烯片层与ANF排列的示意图。图3为实施例中制备得到的GO/ANF/GO复合膜的光学图片，其中，
图3(a)是刚抽滤结束的在AAO滤膜表面的GO/ANF/GO复合膜，而此时GO/ANF/GO复合膜紧密贴合在AAO表面，图3(b)是经过在通风厨风干，从AAO表面剥落之后的独立自支撑的GO/ANF/GO复合膜，图3(c)表明制备得到的GO/ANF/GO复合膜呈现出可弯曲可弯折的柔韧性。
由图3可知，实施例1至实施例7中制备得到的GO/ANF/GO复合膜具有可弯曲可弯折的柔韧性，其中，实施例8制备得到的GO/ANF/GO复合膜包含80wt％ANF的复合膜的柔韧性最佳。
图4是GO/ANF/GO复合膜的形貌表征图，其中，图4(a)是单纯氧化石墨烯薄膜的截面图，呈现出层状的堆积结构，图4(b)是含有5wt％ANF的GO/ANF/GO复合膜的截面图，依旧呈现出非常规整的层状结构。
对各个实施例制备得到的GO或者GO/ANF/GO复合膜首先采用扫描电子显微镜来表征。制备得到的GO以及GO/ANF/GO复合膜，采用剪刀剪贴到导电胶表面，之后采用扫描电子显微镜扫描复合膜的截面图。
从图4截面的形貌图中可以看到，实施例1至实施例7制备得到的GO/ANF/GO复合膜的厚度大约在5μm左右，并且呈现出明显的层状结构，其中，实施例2的GO/ANF/GO复合膜的厚度在为5μm，层状结构最明显。
图5是GO/ANF/GO复合膜的机械性能表征图，其中，图5(a)是将GO膜分散在水中，超声2h之后的图，图5(b)是将GO/ANF/GO-80％膜分散在水中，超声2h之后的图。
从GO膜以及GO/ANF/GO复合膜上剪切出一片，放置在去离子水中，之后超声2h，进行观察。从图5发现，制备得到的复合膜经过超声2h之后，仍然保持非常好的膜的形貌；但是GO膜却很快分散在水里，不能保持膜的结构。其中，实施例8的GO/ANF/GO复合膜经过超声2h后，其膜的形貌保持的最佳。
图6是本发明的实施例中制备得到的GO/ANF/GO复合膜应力变化图，其中，图6(a)是单纯GO膜的拉伸应力图，图6(b)是GO/ANF/GO-5％的拉伸应力图，图6(c)是GO/ANF/GO-10％的拉伸应力图，图6(d)是GO/ANF/GO-15％的拉伸应力图，图6(e)是GO/ANF/GO-25％的拉伸应力图，图6(f)是GO/ANF/GO-50％的拉伸应力图，图6(g)是GO/ANF/GO-60％的拉伸应力图，图6(h)是GO/ANF/GO-80％的拉伸应力图。
之后采用万能拉伸测试仪来测试复合膜的机械性能。测试过程采用5N的测试压力，拉伸速率为1mm/min，测试过程的测试夹具为10mm。图6表示，GO/ANF/GO复合膜的机械性能确实是远远高于GO膜，这也就说明ANF的引入确实是可以增加二维膜的机械性能。其中，实施例8的仍然保持非常好的膜的形貌的机械性能最佳，在膜科学、海水淡化、以及脱盐等应用领域具有潜在的应用价值。
之后将GO以及GO/ANF/GO复合膜放置在不同pH值下的去离子水中，经过半个月后，GO/ANF/GO复合膜在不同pH下仍然保持呈现出非常好的膜结构，这说明GO/ANF/GO复合膜具有非常好的水稳定性能。其中，实施例8的水稳定性能最佳。
图8是GO/ANF/GO复合膜的材料表征图。
图8(a)是制备得到的GO以及GO/ANF/GO复合膜在干态下的X-射线衍射谱图，可以看到制备得到的复合膜都是具有亚纳米尺寸通道的二维膜；另外加入ANF之后，由于其与GO之间形成氢键，缩减了GO/ANF/GO复合膜二维通道的层间距，这也验证了GO与ANF之间存在强烈的氢键作用力。另外，ANF的引入还会增加复合膜的稳定性，图8(b)记录了单独GO膜与GO/ANF/GO复合膜在干湿态下的X-射线衍射谱图的比较，发现ANF的引入会增加GO/ANF/GO复合膜的稳定性。
实施例的作用与效果
由实施例1至实施例8可知，当氧化石墨烯分散液中芳纶纤维纳米纤维溶液为80wt％时，制备得到的GO/ANF/GO复合膜机械性能最佳，水稳定性也最佳。
本发明利用了芳纶纤维与氧化石墨烯之间的氢键作用，在氢键的辅助下，芳纶纤维与氧化石墨烯之间发生跨维度的超组装作用，在真空抽滤的辅助作用下，制备得到GO/ANF/GO复合膜，由于氢键的作用，制备得到的复合膜具有规整的2D通道，以及非常好的机械稳定性。
进一步地，采用阳极氧化铝AAO滤膜作为最终的滤膜来制备GO/ANF/GO复合膜，这是由于在长期的真空抽滤过程中，GO逐渐的堵住AAO的孔，因此减缓了抽滤的过程，缓慢的抽滤过程，导致最终形成了非常规整的二维亚纳米尺寸通道。另外，由于在过滤的过程中，阳极氧化铝中的铝离子逐渐的会渗入到GO膜中，与GO纳米片上的含氧官能团以及ANF上的含氧官能团和氮原子之间产生螯合作用，所以，最终增加了GO/ANF/GO复合膜的稳定性。
此外，ANF与GO混合之后，加入一定体积的去离子水，这里主要是因为去离子水可以加速水解，进一步增加氧化石墨烯与芳纶纤维之间的氢键作用力。并且在经过真空抽滤之，后对其进行进一步的热处理，热处理过程不仅增加了复合膜的稳定性，并使得碳的结构由无定形碳朝着晶型碳发生变化。
综上，本发明的制备方法借助于GO与ANF之间的氢键作用力，在氢键作用力的辅助作用下通过超组装方法，采用阳极氧化铝AAO滤膜，制备得到具有规整二维通道的GO/ANF/GO复合膜。制备得到的复合膜具有非常好的机械稳定性以及水稳定性，另外由于ANF的引入，其为复合膜体系引入大量的氢键，增加了复合膜在广泛pH下的稳定性，能够用于多种水基领域的应用。
因此，本发明的制备方法为氢键辅助超组装方法，简单、易操作，制备得到的GO/ANF/GO复合膜具有优越的机械稳定性能，并可以在广泛pH的水溶液中长期稳定存在，解决普通二维膜在水中容易分散破裂的现象，在离子传输、脱盐、传感、能量转换以及纳米反应器等多个领域具有非常广阔的应用前景。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。