一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

超滤膜不论是在工业纯水处理还是废水处理中应用都非常广泛，而且工业超滤膜工作运行一般分为内压和外压两种。

家用超滤膜(中空丝膜)分离技术作为二十一世纪六大高新技术之一，以其常温低压下操作、无相变、能耗低等显著特点已成为一种分离过程的标准，在欧美等发达国家和地区得到了广泛的使用。超滤膜在饮用矿泉水净化、饮料食品、医疗医药等许多方面已得到广泛应用。

溶解物质和比膜孔径小的物质将作为透过液透过超滤膜，不能透过过滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水(透过液)将含有水，离子，和小分子量物质，而胶体物质，大分子物质，颗粒，细菌，病毒和原生动物等将被膜截留，通过浓水排放、反冲洗和化学清洗而去除。

工业超滤膜的孔径范围约在0.01～0.1um之间，对水体中的颗粒物、细菌、病毒、胶体、大分子有机物等污染物有很好的去除效果。

超滤膜机械强度好，可以承受更大的水压和耐冲击性。

中空纤维膜，外形像纤维状，一般以聚砜、二甲基乙酰胺为原料加工成中空的纤维丝，再除以高渗透性聚合物，具有选择性渗透特性。一般在净水系统中，膜丝内腔为中空，而在工业膜丝中，膜丝内腔带有聚酯绳，可以增强抗水压性。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯中空纤维膜及其制备方法，将石墨烯加入到聚酯内衬中，提高聚酯内衬的抗菌性能，防止细菌滋生堵塞膜孔，另外还可以提高膜丝抗拉伸、抗水压等机械性能强度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，制备石墨烯粉体；步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒；步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片加入纺丝机中，制备得到石墨烯复合聚酯纤维；步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维编制成中空管状，得到中空纤维内衬管；步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中；步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液；步骤7，采用纺丝设备，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜；步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中；步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，去除多余的溶剂；步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤1中，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤2中，石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体5％-20％，聚酯粉体80％-95％。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤3中，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比(1:1)-(1:4)的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤4中，将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤5中，表面添加剂为质量浓度是20％-40％的乙二醇溶液。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤7中，纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤8中，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

上述的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其中，所述的步骤9中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒。

本发明还提供了通过上述的方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本发明提供的石墨烯复合聚酯中空纤维膜及其制备方法具有以下优点：

本发明将石墨烯加入到聚酯内衬中，提高聚酯内衬的抗菌性能，防止细菌滋生堵塞膜孔，另外还可以提高膜丝抗拉伸、抗水压等机械性能强度。

本发明制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜具有机械强度好，耐水压大，抗菌性能优越等特点。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：步骤1，制备石墨烯粉体；步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒；步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片加入纺丝机中，制备得到石墨烯复合聚酯纤维；步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维编制成中空管状，得到中空纤维内衬管；步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中；步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液；步骤7，采用纺丝设备，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜；步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中；步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，去除多余的溶剂；步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

优选地，步骤1中，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2中，石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体5％-20％，聚酯粉体80％-95％。

步骤3中，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比(1:1)-(1:4)的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4中，将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5中，表面添加剂为质量浓度是20％-40％的乙二醇溶液。

步骤6中，聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯60％-80％、致孔剂5％-10％、增塑剂8％-10％、增韧剂5％-10％、辅助添加剂2％-20％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7中，纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8中，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒。

本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

下面结合实施例对本发明提供的石墨烯复合聚酯中空纤维膜及其制备方法做更进一步描述。

实施例1

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

步骤1，制备石墨烯粉体。

优选地，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒。

石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体5％，聚酯粉体95％。

步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照一定比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度和挤出速率，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比1:1的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维按照一定标准进行编制成中空管状，得到中空纤维内衬管。

将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中。表面添加剂为质量浓度是20％的乙二醇溶液。

步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液。

聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯60％、致孔剂10％、增塑剂10％、增韧剂10％、辅助添加剂10％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7，采用纺丝设备，设定纺丝辊的旋转速度和喷丝头中铸膜液的喷丝速率，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜。纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒，用于去除多余的溶剂。

步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

实施例2

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

步骤1，制备石墨烯粉体。

优选地，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒。

石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体10％，聚酯粉体90％。

步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照一定比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度和挤出速率，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比1:1.5的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维按照一定标准进行编制成中空管状，得到中空纤维内衬管。

将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中。表面添加剂为质量浓度是25％的乙二醇溶液。

步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液。

聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯62％、致孔剂5％、增塑剂8％、增韧剂5％、辅助添加剂20％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7，采用纺丝设备，设定纺丝辊的旋转速度和喷丝头中铸膜液的喷丝速率，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜。纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒，用于去除多余的溶剂。

步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

实施例3

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

步骤1，制备石墨烯粉体。

优选地，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒。

石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体12％，聚酯粉体88％。

步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照一定比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度和挤出速率，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比1:2的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维按照一定标准进行编制成中空管状，得到中空纤维内衬管。

将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中。表面添加剂为质量浓度是30％的乙二醇溶液。

步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液。

聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯64％、致孔剂6％、增塑剂9％、增韧剂6％、辅助添加剂15％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7，采用纺丝设备，设定纺丝辊的旋转速度和喷丝头中铸膜液的喷丝速率，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜。纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒，用于去除多余的溶剂。

步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

实施例4

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

步骤1，制备石墨烯粉体。

优选地，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒。

石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体18％，聚酯粉体82％。

步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照一定比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度和挤出速率，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比1:3的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维按照一定标准进行编制成中空管状，得到中空纤维内衬管。

将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中。表面添加剂为质量浓度是35％的乙二醇溶液。

步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液。

聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯70.5％、致孔剂8％、增塑剂8.5％、增韧剂8％、辅助添加剂5％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7，采用纺丝设备，设定纺丝辊的旋转速度和喷丝头中铸膜液的喷丝速率，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜。纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒，用于去除多余的溶剂。

步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

实施例5

一种石墨烯复合聚酯中空纤维膜的制备方法，其包含：

步骤1，制备石墨烯粉体。

优选地，通过氧化还原法制备石墨烯粉体。

步骤2，石墨烯粉体与聚酯粉体混合，加入螺杆挤出机，制备石墨烯复合聚酯母粒。

石墨烯粉体与聚酯粉体的混合物中按质量百分比计包含石墨烯粉体20％，聚酯粉体80％。

步骤3，将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照一定比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度和挤出速率，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

将石墨烯复合聚酯母粒与空白聚酯切片按照质量比1:4的比例进行混合，加入纺丝机中，设置温度为240-260℃，挤出速率为50r/min-80r/min，制备得到石墨烯复合聚酯纤维。

石墨烯复合聚酯纤维的直径范围为0.01-0.05mm。

步骤4，将石墨烯复合聚酯纤维按照一定标准进行编制成中空管状，得到中空纤维内衬管。

将石墨烯复合聚酯纤维通过钩编工艺，采用24锭高速编织机，编织成中空管状；中空管的外径为1.85-1.95mm，内径≧1.2mm。管壁空隙均匀，具有加强膜丝的韧性和强度，延长膜丝使用的寿命等特点。

步骤5，将中空纤维内衬管浸入表面添加剂中。表面添加剂为质量浓度是40％的乙二醇溶液。

步骤6，配置聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液。

聚四氟乙烯中空纤维膜铸膜液按质量百分比包含聚四氟乙烯80％、致孔剂5％、增塑剂8％、增韧剂5％、辅助添加剂2％等。致孔剂、增塑剂、增韧剂、辅助添加剂等均采用本领域中现有的化学制剂。

步骤7，采用纺丝设备，设定纺丝辊的旋转速度和喷丝头中铸膜液的喷丝速率，将聚四氟乙烯铸膜液均匀涂覆在石墨烯聚酯内衬管上，制备得到石墨烯聚酯中空纤维膜。纺丝设备的纺丝辊直径为1.0-1.5米，旋转速度为5-10r/min。

步骤8，将石墨烯聚酯中空纤维膜浸入溶剂槽中，溶剂槽中装有甘油作为溶剂，浸入时间为2-10秒。

步骤9，将石墨烯聚酯中空纤维膜继续牵拉，并浸入水槽中，水槽中装有纯净水，水温为30-60℃，浸入时间为5-20秒，用于去除多余的溶剂。

步骤10，将石墨烯复合聚酯中空纤维膜牵拉缠绕在纺丝辊上，按照尺寸需求进行裁剪，得到所需的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯复合聚酯中空纤维膜。

本发明提供的石墨烯复合聚酯中空纤维膜及其制备方法，主要特点是将石墨烯加入到聚酯内衬中，增强内衬的抗菌性，防止细菌残留堵塞膜孔，另外石墨烯聚酯增加了中空纤维的机械强度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。