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材料与应用 周成飞·石墨烯 - 聚酰亚胺纳米复合材料的制备及应用研究进展

图 3 溶液共混法制备石墨烯 / 聚酰亚胺光交联纳米复合膜的图示

烯颗粒组成的新型复合膜，以用于水 / 异丙醇的分离。 性降低。另外，Wu 等 [14] 还先用不同分子量的聚乙二
结果表明，就水 / 异丙醇的分离而言，含 0.5% 氨官能 醇（PEG）对石墨烯进行改性制得 PEG 接枝石墨烯，
随后通过原位聚合制备了含有改性石墨烯的聚酰亚胺
化石墨烯颗粒的这种复合膜表现出最有利的溶液扩散
杂化膜，并通过 CO 2 和 N 2 气体的渗透实验评价了这
特性和最佳的渗透汽化性能。
些杂化膜的分离性能。结果表明，包含 PEG 接枝石墨
烯的聚酰亚胺杂化膜具有强表面极性和高自由体积，
因此提高了膜的分离性能。
2.3 离子、质子交换膜
Shukla 等 [15] 曾制备了一种高稳定的脂肪族 / 芳
香族磺化聚酰亚胺 - 磷酸化石墨烯（PGO）基耐高温
阳离子交换膜。其结构特征是末端基团之间为脂肪族
连单元，磺酸基团直接接枝在芳环上，这些都有助于
图 5 由可交联 6FDA 聚酰亚胺基体和氨官能化石墨烯颗 提高膜的性能和稳定性。并且研究表明，在聚酰亚胺
粒组成的水 / 异丙醇分离膜的结构图示 基体中导入石墨烯可显著改善膜性能和稳定性。膜基
杨 彩虹 等 [13] 则 以钛 酸 四丁 酯 为前 驱 体， 采用 体中掺入石墨烯有助于力学、耐热和抗氧化性能的提
高，而多离子簇团（SO 3 H 和-PO 3 H 2 ）的存在则有助
浸渍 - 沉淀法制备二氧化钛纳米粒子 - 氧化石墨烯
(TiO 2 -GO) 复 合 物， 再 将 TiO 2 -GO 复 合 物 与 4,4’- 于形成亲水离子传导通道。
另外，Kowsari 等 [16] 还制备了一系列具有不同离
( 六氟异亚丙基 ) 邻苯二甲酸酐和 4,4’- 二氨基二苯
子液体官能化石墨烯（FGO）含量的磺化聚酰亚胺复
醚通过原位聚合构建 TiO 2 -GO/TiO 2 -GO/PI( 聚酰亚
胺 ) 混合基质膜。研究结果表明，TiO 2 -GO 复合物中 合质子交换膜。具体而言，石墨烯是采用离子液体 1-
甲基咪唑来进行官能化处理，再将磷酸掺杂的石墨烯
TiO 2 纳米 粒子较均 匀地沉 积在 GO 片层 上，TiO 2 纳
掺入到磺化聚酰亚胺中，由此制得复合质子交换膜。
米粒子在形成的同时破坏了 GO 的结构，使其无序度
增加。TiO 2 的掺杂对 TiO 2 -GO/PI 混合基质膜的形貌 结果表明，在环境湿度和 80% 相对湿度（RH）条件下，
膜的质子导电率是温度的函数。纯磺化聚酰亚胺在环
与结构影响较小，但提升了 TiO 2 -GO/PI 混合基质膜
境湿度和 80% 相对湿度时的质子导电率分别为 0.028
的 CO 2 和 N 2 渗透性能。但过量的掺杂使 TiO 2 粒子在
-1
2 和 0.086 4 S cm ，而含 5% 石墨烯的复合膜表现的
GO 片层上团聚，从而导致 TiO 2 -GO 复合物在混合基
最大的质子电导率，在 160℃和环境湿度下是 0.077 2
质膜中的分散性变差，CO 2 渗透性及 CO 2 /N 2 渗透选择

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