本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，具體地說，涉及一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

近年來，隨著膜分離技術(shù)研究的不斷深入與應(yīng)用市場的不斷擴大，膜分離技術(shù)已成為水處理行業(yè)的一支重要力量。在膜材料中，高分子材料具有其無可比擬的優(yōu)越性。構(gòu)成高分子水處理膜的高分子存在多種類型。例如，聚礬(PS)類、聚偏氟乙烯(PVDF)類、聚乙烯(PE)類、乙酸纖維素(CA)類、聚丙烯腈(PAN)類等各種高分子材料，作為分離膜被用作高分子水處理膜。就膜材料的存在形式而言，可以分為平板膜，中空纖維膜等等，可以根據(jù)具體應(yīng)用來選擇。

根據(jù)膜能夠截留粒子尺寸的不同，水處理膜可以分為微濾膜、超濾膜、納濾膜及反滲透膜(RO)。微濾膜能夠除去微米和亞微米級別的膠體顆粒，作為一般的標準，微濾膜能夠過濾低至0.1pm的顆粒。超濾膜的孔徑一般在5nm至100nm之間，可以100％的除去水中的細菌及病毒等。納濾膜和反滲透膜則用于更小的粒徑范圍，可以除去水中的金屬離子等雜質(zhì)。

對于納濾膜，其孔徑在1nm以上，一般在1-2nm，對于反滲透膜，則在0.1nm左右。由于極細微的孔徑，雖然水的凈化有效性較高，但卻會導(dǎo)致孔極其易被細小顆粒或細菌病毒堵塞或附著，使得水凈化出現(xiàn)障礙，帶來了使用上的不便。而且由于細菌病毒在堵塞部位或附著部位的繁殖，導(dǎo)致凈化水一定程度的污染，從而需要頻繁的更換，增加了經(jīng)濟成本。

反滲透膜，是在壓力下使溶液中的溶質(zhì)在反滲透膜濃度高的一側(cè)濃度升高，在反滲透膜濃度低的一側(cè)濃度下降，從而與溶劑分離 的過程中應(yīng)用，因此需要具備較強的機械強度?，F(xiàn)有的反滲透膜由于機械強度、耐酸堿性和耐熱性等方面的性能問題，本應(yīng)長期使用，但在使用中一旦出現(xiàn)破損就需要立即更換，除了帶來使用上的不便之外，還降低了工作效率。

由此可見，通常作為高分子水處理膜所要求的性能，除了目標的分離特性以外，還可以列舉:具有優(yōu)異的透水性、物理強度優(yōu)異、相對于各種化學物質(zhì)的穩(wěn)定性(即耐藥品性)高、過濾時不易附著污垢(即耐污染性優(yōu)異)等。以往的高分子膜材料，多為多孔材料，這雖然滿足了透水性的問題，在防污染能力方面卻存在著很大的不足，機械強度方面的性能也有待改進，所以開發(fā)一款新型的水處理膜材料勢在必行。

石墨烯是一種SP²雜化具有蜂窩狀的碳材料，單層石墨烯的厚度只有0.334nm，是目前已知最薄的材料。石墨烯具有超大的比表面積可達約2600m²/g，鑒于其超高的比表面積的特性，石墨烯材料已在環(huán)境吸附和空氣凈化方面得到了廣泛研究；并且因為石墨烯材料本身非常穩(wěn)定，在材料科學研究中通常選取其為復(fù)合材料的載體，用來制備石墨烯基復(fù)合材料。石墨烯也因具有很高的傳導(dǎo)性能和載流子速率性能，可應(yīng)用于電子信息技術(shù)中；并且因為其具有超大的熱導(dǎo)率(-5000W/m*K)，石墨烯也引起了傳熱方面的研究人員的極大興趣，將其應(yīng)用到導(dǎo)熱介質(zhì)中，制備高熱導(dǎo)率的傳熱介質(zhì)。

在以往的研究中發(fā)現(xiàn)石墨烯具有一定的抗菌性能，隨后出現(xiàn)一系列的具有較好抗菌性能的石墨烯/銀納米復(fù)合抗菌材料，研究發(fā)現(xiàn)此類材料在制備的工藝均具有一定的復(fù)雜性或者使用效果具有一定的局限性。一些研究選取二氧化鈦進行協(xié)同促進石墨烯/銀的抗菌性能，這是利用二氧化鈦光催化材料的較高的光催化活性、無毒性、化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗光腐蝕性能強等技術(shù)特點，以往研究中已有大量的報道證明二氧化鈦能用于環(huán)境保護領(lǐng)域中(如：空氣凈化，水的滅菌消毒等)。在考慮到納米二氧化鈦的團聚性會直接影響其催化性能，選用比表面積大的石墨烯作為載體，可使得其能有效地分散在石墨烯片層展現(xiàn)更好的催化抗菌性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有水處理技術(shù)中滿足了透水性要求的膜材料在防污染抗菌能力方面急需改進，機械強度的性能也有待改進的不足，本發(fā)明有針對性地開發(fā)了一種新型的透水膜材料。此種透水膜材料的機械強度、防污染性、耐酸堿性、耐熱性、導(dǎo)熱性等多項功能相對現(xiàn)有的透水膜均顯著提高，因此此種透水膜被稱為多功能透水膜。

具體地，本發(fā)明第一方面提供了一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜，其特征在于，該透水膜包含：

a)選自如下的至少一種導(dǎo)濕高分子聚合物：導(dǎo)濕均聚物、導(dǎo)濕共聚物、及其任意組合；

b)石墨烯或石墨烯復(fù)合材料；和

c)微孔基材，

其中，在微孔基材內(nèi)所述導(dǎo)濕高分子復(fù)合物與所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料通過極性基官能團形成氫鍵、離子鍵和/或共價鍵的有效化學鍵鏈接，從而形成具有強化親水-疏水基團的透水通道，實現(xiàn)了透水膜選擇性透水，最終得到高純水。加入的所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料可以是基于所述導(dǎo)濕高分子聚合物質(zhì)量的0.01％到5％。

本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是所述導(dǎo)濕高分子聚合物為選自如下的至少一種：商品化聚氧化乙烯(PEO)、聚苯乙烯硫酸、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)、磺化的苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、苯乙烯丙烯酸酯、聚醚醚酮(PEEK)等及它們的聚合物或混合物。所述導(dǎo)濕高分子聚合物的平均分子量可選在10000到1000000的范圍。此導(dǎo)濕高分子聚合物可含有選自如下的至少一種極性基官能團：-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H、-NH₂等。本發(fā)明所提供的透水膜中還可含有d)選自如下的至少一種添加劑：抗氧化劑、紫外穩(wěn)定劑或氧化、熱和紫外光降解抑制劑、交聯(lián)劑及它們的混合物。

本發(fā)明所使用的石墨烯或石墨烯復(fù)合材料可為部分氧化或全 氧化石墨烯片、氧化石墨烯/銀材料、氧化石墨烯/二氧化鈦材料、或氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料。所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料含有選自如下的至少一種極性基官能團：-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H、-NH₂等。所述的部分氧化或全氧化石墨烯片具有薄層結(jié)構(gòu)且片層是1-10個碳原子層厚度，片層的大小可為1-100μm。

本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的機械強度、耐摩擦強度顯著提高，能承受壓強不小于0.1兆帕(MPa)，優(yōu)選不小于0.15MPa，更優(yōu)選不小于0.2MPa。

在用透水膜處理水的不同工作條件中，如果膜的耐酸堿性不強，耐熱性不強，在較強腐蝕性或高熱的環(huán)境中長期使用會降低膜的機械強度，從而影響到膜的耐用性，而本發(fā)明的透水膜特別在這方面具有其他膜無法比擬的優(yōu)勢。

本發(fā)明所提供的透水膜的耐酸堿性能顯著提高，例如在自來水處理廠的常規(guī)水處理條件下使用壽命大大增長，在10年以上。所述透水膜的抗菌防污染能力也顯著提高，防霉等級為0級，即不長菌，在工作期間無需更換、具有自清潔能力。所述透水膜的導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱能力也顯著提高，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.3W/mK，優(yōu)選不小于0.5W/mK；耐熱溫度可達150℃，優(yōu)選達到200℃。

本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的厚度在1-300μm的范圍，可選在5-250μm，20-100μm的范圍。在本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜為交聯(lián)的膜時，其上述多功能的性能更為突出。

本發(fā)明提供的含石墨烯或石墨烯復(fù)合材料的多功能高分子膜材料在具有優(yōu)異透水性的同時具有很好的機械強度、耐熱性、導(dǎo)熱性、耐酸堿性能和抗菌性能，是因為其屬于納孔材料，即其中組成分子通過基團偶聯(lián)作用形成具有納微孔道結(jié)構(gòu)的材料，具體地說，其突出的特點是該膜材料通過導(dǎo)濕高分子復(fù)合物與石墨烯或石墨烯復(fù)合材料通過極性基官能團形成氫鍵、離子鍵和/或共價鍵的有效化學鍵鏈接，從而形成具有強化親水-疏水基團的透水通道，因 此顯著增強了其在水處理過程中的機械強度和耐酸堿性能。因為對水分子的選擇通過性極強，所以用本發(fā)明的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜處理所得的水溶液為高純水。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面提供了一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法，其特征在于，包括如下的制備步驟：

A)在選自10-100℃范圍的恒溫條件下，使導(dǎo)濕高分子聚合物以預(yù)確定的時間和順序溶解在多種有機溶劑中形成溶液，充分攪拌以混合均勻；

B)添加石墨烯或石墨烯復(fù)合材料至上一步驟得到的溶液中，充分攪拌以混合均勻；以及

C)成膜過程：在溫度在10-200℃的范圍的條件下，將步驟B)中得到的溶液施涂至微孔基材的一個表面或兩面上。形成厚度在10-250μm范圍內(nèi)的均勻膜材料，既保證膜材料的機械強度，又可以滿足其透水性。

所述制備方法在步驟A)和B)之間還可以包括步驟：A′)添加至少一種添加劑至步驟A)中得到的溶液中充分攪拌混合均勻。此制備方法優(yōu)選包括在C)成膜過程后進行交聯(lián)，與所述微孔基材形成連續(xù)的交聯(lián)透水聚合物的涂層。

本發(fā)明用此種制備方法提供的復(fù)合材料透水膜的多功能體現(xiàn)在膜材料的機械強度、耐摩擦強度及耐酸堿等性能的顯著提高、壽命大大增長、抗菌防污染能力顯著提高、導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱等能力顯著提高。所述透水膜材料可承受壓差不小于0.1MPa，例如在自來水處理廠的常規(guī)水處理條件下，使用壽命不小于10年，而市場類似功能的透水膜的常態(tài)使用壽命僅為半年；所述透水膜材料在工作期間無需更換、具有自清潔能力；所述透水膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.3W/mK，可承受200℃的高溫，而市場類似功能的透水膜僅能耐受125℃左右的溫度；所述透水膜材料為納孔材料、防污染能力極佳，根據(jù)標準GB/T2591-2003《抗菌塑料-抗菌性能試驗方法和抗菌效果》，測定為抗菌能力強(0級)。

而且，本發(fā)明提供的一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法的優(yōu)異性還在于試劑及材料廉價且簡單易得，操作方法也相對簡單，操作過程中變量容易控制。

本發(fā)明另一方面還提供了所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的用途，由于其機械強度、耐摩擦強度及耐酸堿等性能顯著提高、壽命大大增長、抗菌防污染能力顯著提高、導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱等能力顯著提高，它可應(yīng)用于全熱交換器、濕度調(diào)節(jié)器(用于加濕和/或除濕)、污水處理、燃料電池、紡織物、創(chuàng)傷敷料及其它適于透水或過濾水的用途。

附圖說明

圖1為多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料的極性基官能團鍵鏈接及透水通道示意圖。

液態(tài)水1從透水膜的高壓側(cè)7穿過在微孔基質(zhì)內(nèi)由高分子復(fù)合材料4和多功能石墨烯3通過極性基官能團2形成鍵連接及強化親水-疏水基團的透水通道，在壓差的共同作用下以汽態(tài)水分子5的形式到達低壓側(cè)6。

圖2為多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜電鏡圖?？芍げ牧蠟榧{孔材料，表面大部分光滑，有部分功能石墨烯添加材料的微結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)。

圖3和4為膜材料的EDX成分分析的圖譜。其中，圖3是EDX成分分析的圖譜(spectrum)1，其顯示了膜材料的正面，圖4是EDX成分分析的圖譜2，其顯示了膜材料的背面。從元素(Element)，重量百分比(Weight％)和原子百分比(atomic％)數(shù)據(jù)結(jié)合分析可知，正面主要含C，O，H(H無法測得)元素，為疏水端，背面主要含有C、O、Si、S、H，其中S的存在證明了磺酸基團的存在，為親水端，水分子可由親水端往疏水端滲透。

具體實施方式

本發(fā)明的一方面提供了一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透 水膜，該透水膜包含：

a)選自如下的至少一種導(dǎo)濕高分子聚合物：導(dǎo)濕均聚物、導(dǎo)濕共聚物、及其任意組合；

b)石墨烯或石墨烯復(fù)合材料；和

c)微孔基材，

其中，在微孔基材內(nèi)所述導(dǎo)濕高分子聚合物與所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料通過極性基官能團形成氫鍵、離子鍵和/或共價鍵的有效化學鍵鏈接，從而形成具有強化親水-疏水基團的透水通道。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，在所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜中的所述導(dǎo)濕高分子聚合物為選自如下的至少一種：商品化聚氧化乙烯、聚苯乙烯硫酸、聚酯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚酰胺、聚氨酯、磺化的苯乙烯-丁二烯橡膠、苯乙烯丙烯酸酯、聚醚醚酮、它們的聚合物和它們的混合物。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，在所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜中的所述導(dǎo)濕高分子聚合物含有選自如下的至少一種極性基官能團：-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H和-NH₂。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜還包含：d)選自如下的至少一種添加劑：抗氧化劑、紫外穩(wěn)定劑或氧化、熱和紫外光降解抑制劑、交聯(lián)劑及它們的混合物。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，在所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜中的所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料為部分氧化或全氧化石墨烯片、氧化石墨烯/銀材料、氧化石墨烯/二氧化鈦材料、或氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，在所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜中的所述石墨烯或石墨烯復(fù)合材料含有選自如下的至少一種極性基官能團：-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H和-NH₂。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，在所述多功能石墨烯/高分 子復(fù)合材料透水膜中的上述部分氧化或全氧化石墨烯片具有薄層結(jié)構(gòu)且片層是1-10個碳原子層厚度，片層的大小在1-100μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的機械強度、耐摩擦強度顯著提高，能承受的壓差不小于0.1MPa，耐酸堿性能顯著提高。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的抗菌防污染能力顯著提高，防霉等級為不長菌的0級，在工作期間無需更換、具有自清潔能力。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱能力顯著提高，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.3W/mK，耐熱溫度達到200℃。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的厚度在1-300μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜為交聯(lián)的膜。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了上述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法，其包括如下步驟：

A)在選自10-100℃范圍的恒溫條件下，使導(dǎo)濕高分子聚合物以預(yù)確定的時間和順序溶解在多種有機溶劑中形成溶液，充分攪拌以混合均勻；

B)添加石墨烯或石墨烯復(fù)合材料至上一步驟得到的溶液中，充分攪拌以混合均勻；以及

C)成膜過程：在溫度在10-200℃的范圍的條件下，將步驟B)中得到的溶液施涂至微孔基材的一個或兩個表面上。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法在步驟A)和B)之間還包括步驟：A′)添加至少一種添加劑至步驟A)中得到的溶液中充分攪拌混合均勻。

根據(jù)本發(fā)明的一項具體技術(shù)方案，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法還包括在C)成膜過程后進行交聯(lián)，與 所述微孔基材形成連續(xù)的交聯(lián)透水聚合物的涂層。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了上述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜用于全熱交換器、濕度調(diào)節(jié)器、污水處理、燃料電池、紡織物、創(chuàng)傷敷料及其它適于透水或過濾水的用途。

由上述圖2電鏡圖可見，本發(fā)明提供的含石墨烯或石墨烯復(fù)合材料的多功能高分子透水膜材料的表面大部分光滑，有部分功能石墨烯添加材料的微結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)，屬于納孔材料。而現(xiàn)有技術(shù)中使用膜的孔徑最小也有0.1nm左右，所以本發(fā)明提供的透水膜材料明顯優(yōu)于現(xiàn)有水處理技術(shù)中使用的膜。

由示意圖1可見，液態(tài)水1從透水膜的高壓側(cè)7穿過由高分子復(fù)合材料4和多功能石墨烯3通過極性基官能團2形成鍵連接及強化親水-疏水基團的透水通道，在壓差的共同作用下以汽態(tài)水分子5的形式到達低壓側(cè)6。其通過高比表面積的石墨烯或石墨烯基復(fù)合材料與高分子透水膜材料間的基團偶聯(lián)作用，具體通過選自如下的至少一種導(dǎo)濕高分子聚合物：導(dǎo)濕均聚物、導(dǎo)濕共聚物、及其任意組合，在微孔基材內(nèi)，與石墨烯或石墨烯復(fù)合材料通過極性基官能團形成氫鍵、離子鍵、共價鍵等有效化學鍵鏈接，從而形成具有強化親水-疏水基團的透水通道。

本文所述“石墨烯/高分子復(fù)合材料”中的“/”是為了將復(fù)合材料中的組分石墨烯或石墨烯復(fù)合材料與高分子聚合物隔開顯示，“氧化石墨烯/銀材料”、“氧化石墨烯/二氧化鈦材料”、“氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料”中的“/”是為了隔開顯示材料中的不同組分。

本文所述“均聚物”指由一種單體聚合而成的聚合物。本文所述“共聚物”指含有兩種或兩種以上單體單元的聚合物，共聚物類型的舉例包括無規(guī)共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物等。

本文所述“導(dǎo)濕”指使得(聚合物的)濕氣或水蒸汽滲透。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是選用一種或幾種性能較好的導(dǎo)濕高分子聚合物，例如商品化聚氧化乙烯(PEO)、聚苯乙烯硫酸、聚酯、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)、磺化的苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、苯乙烯丙烯酸酯、聚醚醚 酮(PEEK)等及它們的聚合物或混合物。此導(dǎo)濕高分子聚合物可含有-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H、-NH₂等極性基官能團。

具體參見圖3和4膜材料的EDX成分分析。圖3是EDX成分分析的圖譜1，其顯示了膜材料的正面，圖4是EDX成分分析的圖譜2，其顯示了膜材料的背面。從元素、重量百分比和原子百分比數(shù)據(jù)結(jié)合分析可知，正面主要含C，O，H(H無法測得)元素，為疏水端，背面主要含有C、O、Si、S、H，其中S的存在證明了磺酸基團的存在，為親水端，水分子可由親水端往疏水端滲透。

本文所述“EDX”表示能量色散X射線光譜法(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)，其借助于分析試樣發(fā)出的元素特征X射線波長和強度，根據(jù)波長測定試樣所含的元素，根據(jù)強度測定元素的相對含量。

本文所述“微孔基材”在本領(lǐng)域制膜工藝中常用，其孔徑可在5.0nm-1.0mm之間，例如有含氟共聚物，聚偏氟乙烯(PVDF)等。

本發(fā)明所提供的透水膜中還可含有d)至少一種添加劑，所述的添加劑可選自抗氧化劑、紫外穩(wěn)定劑或氧化、熱和紫外光降解抑制劑、交聯(lián)劑及它們的混合物。

因為高分子材料在使用過程中都會發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化，即老化，其原因包括物理、化學等因素，具體包括熱、光、氧化、化學介質(zhì)等等，所以常用添加抗氧化劑來延緩老化。本文所述“抗氧化劑”包括胺類、酚類、含硫、含磷等類型。本文所述“紫外穩(wěn)定劑”指將紫外輻射大部分吸收，并將所吸收的這一部分能量轉(zhuǎn)化為無害的熱能釋放出來的有機化合物。常用的紫外穩(wěn)定劑有二苯酮、苯并三唑和水楊酸酯等化合物的衍生物。本文所述“氧化、熱和紫外光降解抑制劑”指用于延緩由于氧化、熱和紫外光引起聚合物老化的物質(zhì)。

本文所述“交聯(lián)劑”指能在線型分子間起架橋作用，從而使多個線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在塑料行業(yè)又稱為“固化劑”、“硬化劑”等，現(xiàn)有技術(shù)中常用的例如有過氧化二異丙苯 (DCP)，二亞乙基三胺(DTA)等。

本發(fā)明所使用的石墨烯復(fù)合材料可為部分氧化或全氧化石墨烯片、氧化石墨烯/銀材料、氧化石墨烯/二氧化鈦材料、或氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料及其他本領(lǐng)域常用的石墨烯復(fù)合材料。本文所述“石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料”是指在石墨烯粉體基材上負載銀、二氧化鈦及其他顆?；螂x子，形成具有高比表面積的復(fù)合功能材料。所述石墨烯及其復(fù)合材料的極性基官能團包括-OH、-SH、-COOH、-OR、-COOR、-PO₃H₂、-SO₃H、-NH₂等極性基官能團。

所述的部分氧化或全氧化石墨烯片具有薄層結(jié)構(gòu)且片層是1-10個碳原子層厚度，片層的大小可為1-100μm。

本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的機械強度、耐摩擦強度顯著提高，能承受壓強不小于0.1MPa，優(yōu)選不小于0.3MPa，更優(yōu)選不小于0.5MPa，耐酸堿性能顯著提高，例如在自來水處理廠的常規(guī)水處理條件下使用壽命大大增長，在10年以上。所述透水膜的導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱能力也顯著提高，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.3W/mK，優(yōu)選不小于0.5W/mK；耐熱溫度可達150℃，優(yōu)選達到200℃。

所述透水膜的抗菌防污染能力也顯著提高，防霉等級為0級，即不長菌，在工作期間無需更換、具有自清潔能力。根據(jù)標準GB/T2591-2003《抗菌塑料-抗菌性能試驗方法和抗菌效果》，測定為抗菌能力強(0級)。該標準采用平皿培養(yǎng)法測試，檢測條件為溫度28±1℃、相對濕度RH>90％、時間28天；試驗菌種為黑曲霉(Aspergillus niger)、土曲霉(Aspergillus terreus)、宛氏擬青霉(Paecilomyces varioti)、繩狀青霉(Penicillium funiculosum)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)、球毛殼霉(Chaetoomium globsum)，長霉等級評定為：0級---不長，即顯微鏡(放大50倍)下觀察未見生長；1級---痕跡生長，即肉眼可見生長，但生長覆蓋面積小于10％；2級---生長覆蓋面積不小于10％。

本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的厚度 在1-300μm的范圍，可選在5-200μm的范圍，優(yōu)選10-250μm的范圍，可選20-100μm的范圍。在本發(fā)明所提供的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜為交聯(lián)的膜時，其上述多功能的性能更為突出。

本文提供的含石墨烯或石墨烯復(fù)合材料的多功能高分子膜材料不僅具有很好的機械強度、耐熱性、導(dǎo)熱性、耐酸堿性能和抗菌性能，而且具有優(yōu)異透水性，經(jīng)過透水處理之后可得到高純水。本文所述“高純水”是指水的溫度為25℃時，電導(dǎo)率小于0.1μS/cm，pH值為6.8-7.0及去除其他雜質(zhì)和細菌的水，此種水中雜質(zhì)量低于0.1mg/L。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面優(yōu)選提供了一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的制備方法，其特征在于，包括如下的制備步驟：

A)在選自10-100℃范圍的恒溫條件下，使導(dǎo)濕高分子聚合物以預(yù)確定的時間和順序溶解在多種有機溶劑中形成溶液，充分攪拌以混合均勻；

A′)添加至少一種添加劑至步驟A)中得到的溶液中充分攪拌混合均勻；

B)添加石墨烯或石墨烯復(fù)合材料至上一步驟得到的溶液中，充分攪拌以混合均勻；以及

C)成膜過程：在10-200℃溫度條件下，將步驟B)中得到的溶液施涂至微孔基材的一個表面或兩面上，以及在C)成膜過程后進行交聯(lián)，與所述微孔基材形成連續(xù)的交聯(lián)透水聚合物的涂層。形成厚度在10-250μm范圍內(nèi)的均勻膜材料，既保證膜材料的機械強度，又可以滿足其透水性。

進一步地，本發(fā)明提供了所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的用途。因為有機地將高分子導(dǎo)濕聚合物與石墨烯基復(fù)合材料通過極性基官能團形成氫鍵、離子鍵、共價鍵等有效化學鍵鏈接，從而在導(dǎo)濕聚合物的基礎(chǔ)上形成具有強化親水-疏水基團的透水通道，同時顯著提高透水膜在透水過程中的機械強度、耐摩擦強度及耐酸堿性能、抗菌防污染能力、導(dǎo)熱和耐熱等特性，所以所述透水 膜是一種長壽命、工作期間無需更換、具有自清潔能力的多功能復(fù)合材料透水膜，可應(yīng)用于全熱交換器、濕度調(diào)節(jié)器(用于加濕和/或除濕)、污水處理、燃料電池、紡織物、創(chuàng)傷敷料及其它適于透水或過濾水的場合。

實施例

將在以下通過實施例更具體地描述本發(fā)明。不應(yīng)被解釋為本發(fā)明限于這些實施例或受這些實施例限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本發(fā)明的技術(shù)概念內(nèi)進行各種方式的修改和改進。

<實施例1>

首先，在45-50℃的恒溫條件下，使預(yù)選好的導(dǎo)濕高分子聚合物(KX-1)溶于相應(yīng)的有機溶劑混合物中，充分攪拌直至混合均勻。

然后，添加預(yù)選好的抗氧化劑(d1)至所得到的溶液中，充分攪拌直至混合均勻。

再然后，添加氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料(GC-1)至上一步驟得到的溶液中，充分攪拌以混合均勻。

最后，在60℃溫度條件下成膜，將上一步驟得到的溶液施涂至預(yù)選好的微孔基材(c1)表面上，并且在成膜過程后進行交聯(lián)，與所述微孔基材(c1)形成連續(xù)的交聯(lián)透水聚合物的涂層。形成厚度為150μm的均勻膜材料。

經(jīng)測試，所得膜材料透水性良好，可承受壓差為0.12MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.35W/mK，可承受180℃的高溫，GB/T2591-2003測定為抗菌能力強(0級)。

<實施例2>

首先，在50℃的恒溫條件下，使導(dǎo)濕高分子聚合物(PM-3)各溶于相應(yīng)的有機溶劑混合物中，充分攪拌至完全溶解后混合，繼續(xù)攪拌直至混合均勻。

然后，添加預(yù)選好的抗氧化劑(d3)至所得到的溶液中，充分攪拌直至混合均勻。

然后，添加氧化石墨烯/銀/二氧化鈦復(fù)合材料(GC-2)至上一步驟得到的溶液中，充分攪拌以混合均勻。

最后，在70℃溫度條件下成膜，將上一步驟得到的溶液施涂至微孔基材(c2)的兩面上，并且在成膜過程后進行交聯(lián)，與所述微孔基材(c2)形成連續(xù)的交聯(lián)透水聚合物的涂層。形成厚度為120μm的均勻膜材料。

經(jīng)測試，所得膜材料透水性良好，可承受壓差為0.11MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.42W/mK，可承受160℃的高溫，GB/T2591-2003測定為抗菌能力強(0級)。