阅读说明：本技术 垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法和应用 (Vertical orientation graphene/nano-fiber composite membrane material and preparation method and application thereof ) 是由 曲良体 张盼盼 程虎虎 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法和应用。所述垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料包括：石墨烯,石墨烯具有垂直取向且阵列排布的通道；纳米纤维,纳米纤维穿梭于石墨烯和通道中。由此,该复合膜材料作为蒸馏介质时,可以有效的提高蒸馏效率,降低蒸馏能耗,缩短蒸馏时长；而且,纳米纤维的引入,可使得复合膜材料具有优异的机械性能,进而使其可被压缩、弯曲和拉伸,且保持其结构不被破坏,进而长期保持较高的蒸馏效率。(The invention provides a vertically-oriented graphene/nanofiber composite membrane material as well as a preparation method and application thereof. The vertically-oriented graphene/nanofiber composite membrane material comprises: the graphene is provided with vertically-oriented channels arranged in an array; and the nano fibers shuttle in the graphene and the channels. Therefore, when the composite membrane material is used as a distillation medium, the distillation efficiency can be effectively improved, the distillation energy consumption is reduced, and the distillation time is shortened; moreover, the introduction of the nano-fiber can enable the composite membrane material to have excellent mechanical properties, so that the composite membrane material can be compressed, bent and stretched, the structure of the composite membrane material is kept not to be damaged, and the high distillation efficiency is kept for a long time.)

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

蒸馏是化学工业中从不同组分沸点的混合物中提纯和分离液体的关键技术，广泛应用于石油、化工、轻工、食品加工等行业。传统的蒸馏工艺是利用传统的热源把液体加热到沸腾，使产生的蒸气从液/气界面上逃逸导入冷凝装置，使之冷却重新凝结成液体达到提纯和分离的过程。然而，传统蒸馏是一种能量密集、效率低下(能量转换效率只有5％～20％)的化学工业液体分离纯化工艺。

因而，有效提高蒸馏效率、降低能耗的蒸馏工艺有待深入研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料，该复合膜材料可以有效提高蒸馏效率或降低蒸馏能耗。

在本发明的一方面，本发明提供了一种垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料(文中可简称复合膜材料)。根据本发明的实施例，所述垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料包括：石墨烯，所述石墨烯具有垂直取向且阵列排布的通道；纳米纤维，所述纳米纤维穿梭于所述石墨烯和所述通道中。由此，该复合膜材料作为蒸馏介质时，可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长，具体的：该复合膜材料可设置在待蒸馏液的表面作为蒸馏介质，一方面，该复合膜材料的垂直取向的通道结构，蒸馏时液体在复合膜材料内部沿着通道内壁传输，且通道不会被液体填充，从而使得溶液蒸馏面积增加(即液体与复合膜材料的接触面积较大)，加快溶液的蒸馏速率；另一方面，在复合膜材料表面溶液分子的作用力被削弱，降低了溶液分子的蒸发焓，进而可加快溶液在复合膜材料表面的蒸发，降低蒸馏所需要的能量，从而实现界面增强蒸馏的效果，有效提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长。此外，纳米纤维的引入，可使得复合膜材料具有优异的机械性能，进而使其可被压缩、弯曲和拉伸，且保持其结构不被破坏，进而长期保持较高的蒸馏效率。

根据本发明的实施例，所述通道的宽度为25～300微米。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将氧化石墨烯分散液和纳米纤维分散液混合，以便得到混合液；将所述混合液置入预定容器中，并将所述预定容器的底部与冷源接触进行方向自下而上的定向冷冻，得到垂直取向的氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料；对所述垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料进行冷冻干燥；对所述冷冻干燥之后的所述垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料进行还原处理，以便得到垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料。由此，通过上述定向冷冻处理，可以得到具有垂直取向的石墨烯结构，使得该复合膜材料作为蒸馏介质时，可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长；另外，上述制备方法简单易操作，且工艺成熟，易于工业化生产。

根据本发明的实施例，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～10mg mL^-1，所述纳米纤维分散液的浓度为3～15mg mL^-1，任选的，所述纳米纤维分散液中的纳米纤维的直径为50～1000nm；任选的，所述纳米纤维的材料选自聚酰亚胺、聚丙烯腈、醋酸纤维素、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乳酸、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化亚铜、三氧化二锰、四氧化三钴、五氧化二钒和氧化锆中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述混合液中，所述氧化石墨烯分散液和所述纳米纤维分散液的质量比为1：(0.1～10)。

根据本发明的实施例，所述定向冷冻的温度为-196℃～-50℃，所述定向冷冻的时间为10～30分钟。

根据本发明的实施例，所述冷冻干燥的温度为为-54℃～-48℃，所述冷冻干燥的时间为36～72小时。

根据本发明的实施例，所述还原处理选自激光还原、化学还原或热退火还原，任选地，所述激光还原的条件为：激光强度为0.5～15W，还原时间为0.2～20s；任选地，所述化学还原的条件为：还原剂为水合肼，还原时间为5～24小时；任选地，所述热退火还原的条件为：在保护气氛中进行，还原温度为300～1000℃，还原时间为2～6小时。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种蒸馏介质。根据本发明的实施例，所述蒸馏介质的至少一部分是由前面所述的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料构成。由此，该蒸馏介质可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长，实现界面增强蒸馏的效果。本领域技术人员可以理解，该蒸馏介质具有前面所述的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种蒸馏装置。根据本发明的实施例，所述蒸馏装置包括前面所述的蒸馏介质，所述蒸馏介质设置在待蒸馏液的表面上。由此，该蒸馏装置可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长。本领域技术人员可以理解，该蒸馏装置具有前面所述蒸馏介质的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。

附图说明

图1是本发明一个实施例中垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的扫描电镜图。

图2是本发明另一个实施例中制备垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的流程图。

图3是本发明又一个实施例中蒸馏装置的结构示意图。

图4是本发明又一个实施例中蒸馏装置的局部结构示意图。

图5是实施例1中二氧化硅纳米纤维的SEM图。

图6是实施例1中垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料在不同压缩程度下的压缩性能曲线图。

图7是实施例1中水在垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料表面的接触角测试图。

图8是实施例1中水在垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料内部垂直取向通道内的传输状态的显示镜照片图。

图9是实施例1中水在传统蒸馏和界面增强蒸馏工艺中热差分析曲线图。

图10是实施例1中水从室温到沸点在传统蒸馏和界面增强蒸馏工艺中整流速率的曲线图。

图11是实施例2中乙醇垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料表面的接触角测试图。

图12是实施例2中乙醇在垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料内部垂直取向通道内的传输状态的显示镜照片图。

图13是实施例2中乙醇在传统蒸馏和界面增强蒸馏工艺中热差分析曲线图。

图14是实施例2中乙醇从室温到沸点在传统蒸馏和界面增强蒸馏工艺中整流速率的曲线图。

图15是实施例3中利用传统蒸馏和界面增强蒸馏，从具有不同极性的水/N,N-二甲基甲酰胺混合溶液中分馏出水的产量图。

图16是实施例4中利用传统蒸馏和界面增强蒸馏，从N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜混合溶液中分馏出N,N-二甲基甲酰胺的产量图。

图17是实施例5中的利用传统蒸馏和界面增强蒸馏，从具有易变质的苯胺溶液中提纯苯胺的产量图。

图18是对比例1中的具有蜂窝状微结构的石墨烯/纳米纤维复合膜材料的SEM图。

图19是对比例1中的水在具有蜂窝状微结构的石墨烯/纳米纤维复合膜材料内传输状态的显微镜照片图。

图20是对比例2中垂直取向石墨烯膜材料在压缩50％程度下的压缩循环性能曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一方面，本发明提供了一种垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料(文中可简称复合膜材料)。根据本发明的实施例，参照图1，垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料包括：石墨烯10，石墨烯10具有垂直取向且阵列排布的通道30；纳米纤维20，纳米纤维20穿梭于石墨烯10和通道30中。由此，该复合膜材料作为蒸馏介质时，可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长，具体的：该复合膜材料可设置在待蒸馏液的表面作为蒸馏介质，一方面，该复合膜材料的垂直取向的通道结构，蒸馏时液体在复合膜材料内部沿着通道内壁传输，且通道不会被液体填充，从而使得溶液蒸馏面积增加(即液体与复合膜材料的接触面积较大)，加快溶液的蒸馏速率；另一方面，在该复合膜材料处液态、固态和气态三相共存，溶液分子的作用力被削弱，降低了溶液分子的蒸发焓，进而可加快溶液在复合膜材料表面的蒸发，降低蒸馏所需要的能量，从而实现界面增强蒸馏的效果，有效提高蒸馏效率(即待蒸馏液的蒸发速率提升)，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长。此外，纳米纤维的引入并穿梭分散于石墨烯中，可使得复合膜材料具有优异的机械性能，进而使其可被压缩、弯曲和拉伸，且保持其结构不被破坏，进而长期保持较高的蒸馏效率，而且，纳米纤维的加入，还可以进一步增加垂直取向结构的表面积，提升待蒸馏液的蒸发面积，从而加快待蒸馏液的传输和蒸馏速率。

需要说明的是，石墨烯具有垂直取向且阵列排布的通道，是指石墨烯中的石墨烯片垂直取向排列，且石墨烯片之间形成具有一定间距且垂直有序的通道，即通道也为垂直取向；另外，上述“通道内壁”即是指石墨烯片。

根据本发明的实施例，通道的宽度(即图1中的通道间距)为25～300微米，比如25微米、30微米、50微米、80微米、100微米、120微米、125微米、140微米、150微米、180微米、195微米、200微米、220微米、240微米、260微米、280微米或300微米。由此，通道的宽度在该范围内，复合膜材料作为蒸馏介质时的蒸馏效率较高，速率较快，且复合膜材料的结构稳定性也较佳；若通道的宽度小于25微米，液体在复合膜材料内部传输时通道相对容易被填充，进而降低蒸馏效率；若通道的宽度大于300微米，则蒸馏速率会相对降低。

需要说明的是，上述垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料中通道的宽度的大小可以是均匀的，也可以是大小不等的，只要通道的宽度在25～300微米的范围内分布即可。

根据本发明的实施例，上述石墨烯的片径、厚度等没有特殊要求，本领域技术人员根据实际情况灵活选择即可，在此不做限制要求。

根据本发明的实施例，纳米纤维的具体材料可以选自聚酰亚胺、聚丙烯腈、醋酸纤维素、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乳酸、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化亚铜、三氧化二锰、四氧化三钴、五氧化二钒和氧化锆中的至少一种，上述材料的机械性能优异，可以有效提升复合膜材料的机械性能，且上述材料的纳米纤维的制备工艺简单成熟。

根据本发明的实施例，纳米纤维的直径为50～1000nm，比如50纳米、100纳米、150纳米、200纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米、500纳米、550纳米、600纳米、650纳米、700纳米、750纳米、800纳米、850纳米、900纳米、950纳米、1000纳米。由此，上述直径大小的纳米纤维的机械性能较佳，可以有效提升复合膜材料的机械性能。

根据本发明的实施例，将上述复合膜材料作为蒸馏介质时，将其设置在待蒸馏液的表面，相比不设置蒸馏介质的传统蒸馏工艺，从室温到溶液沸点的温度范围内，利用该复合膜材料作为蒸馏介质蒸馏工艺的蒸馏速率要比传统蒸馏工艺的蒸馏速率高出180％～300％；收集相同质量的馏分，蒸馏工艺需要的能量减少，能量转化效率提高；且在蒸馏过程中，对于不同的液体进料，其节能效率约为4％～60％，节省时间约为45％～70％；对于不同的液体，其蒸发焓可降低107％～129％。

根据本发明的实施例，将上述复合膜材料作为蒸馏介质进行蒸馏时，对所要蒸馏的溶剂没有特殊限制要求，比如可以为烷烃类、醇类、脂类、酮类、胺类、酚类、苯类等常见溶剂具体的：在一些实施例中，可用于蒸馏不同极性的液体混合物(可为不同沸点的液体混合物)，例如乙醇/水、水/N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环/氯苯；在另一些实施例中，可用于蒸馏高沸点体混合物，例如N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜、二甲基亚砜/N-甲基吡咯烷酮、乙二醇/N-甲基吡咯烷酮等；在又一些实施例中，可用于蒸馏提纯高温易变质的溶液，比如苯胺、乙酰乙酸乙酯、苯甲酸乙酯等。

在一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质蒸馏不同极性和不同沸点混合溶液时，与传统蒸馏相比，其蒸馏速率提高187％～284％，收集馏分纯度为93.0％～99.5％，节能效率约为40.6％～51.6％，节时效率约为45.9％～59.8％，同时减少温室气体以及污染气体排放。

在另一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质蒸馏高沸点混合溶液时，可在低于沸点的温度收集到纯度较高的馏分，与传统蒸馏相比，其蒸馏温度可降低11℃～39℃，与传统蒸馏相比(传统蒸馏工艺的馏分收集温度为馏分的沸点)，在相同的时间内利用复合膜材料作为蒸馏介质的蒸馏工艺在低于沸点温度即可收集到馏分，且收集馏分的纯度为98.0％～99.8％，节能效率为10.9％～30.8％。

在又一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质对高温易变质溶液的提纯时，可在低于沸点的温度收集到纯度更高的馏分，与传统蒸馏相比，利用复合膜材料作为蒸馏介质的蒸馏工艺的蒸馏温度可降低5℃～47℃，在相同的时间内与传统蒸馏相比(馏分收集温度在沸点)，其可在低于沸点温度收集到馏分，收集馏分纯度为98.0％～99.8％，节能效率为4.8％～42.5％。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的方法。根据本发明的实施例，参照图2，制备垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的方法包括：

S100：将氧化石墨烯分散液和纳米纤维分散液混合，以便得到混合液。

根据本发明的实施例，所述混合液中，所述氧化石墨烯分散液和所述纳米纤维分散液的质量比为1:(0.1～10)，比如1:0.1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。由此，可有效制备垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的蒸馏膜材料，不仅可以保证石墨烯良好垂直取向的结构，而且在氧化石墨烯溶液中加入上述比例的纳米纤维可以复合膜材料的机械性能，使复合膜材料可被弯曲、拉伸和压缩，且在蒸馏过程中复合膜材料不容易被破坏，以及在各种溶液中(例如烷烃类、醇类、脂类、酮类、胺类、酚类、苯类等常见溶剂)可以保持结构和性能的稳定。

根据本发明的实施例，氧化石墨烯分散液的浓度(即氧化石墨烯在氧化石墨烯分散液中的浓度)为1～10mg mL^-1，比如1mg mL^-1、2mg mL^-1、3mg mL^-1、4mg mL^-1、5mg mL^-1、6mgmL^-1、7mg mL^-1、8mg mL^-1、9mg mL^-1、10mg mL^-1。由此，氧化石墨烯的分散效果较佳，可以有效避免氧化石墨烯的堆积；若氧化石墨烯分散液的浓度大于10mg mL^-1，则可能会导致部分氧化石墨烯堆积，影响最终得到的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的性能。

其中，制备氧化石墨烯分散液的具体方法没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在一些实施例中，利用Hummers法制备氧化石墨烯分散液，其步骤包括：在冰水浴中将240mL浓硫酸(98wt％)置于2000mL烧杯里，搅拌的过程中分别加入9g石墨粉和9g硝酸钠，继续搅拌2h后，再加入24g高锰酸钾，然后将烧杯置于36℃的水浴锅中搅拌1.5h，烧杯中形成粘稠的浆液，随后向烧杯中加入400mL的去离子水，搅拌20min，再将温度升高到85℃并继续搅拌30min，最后加入1000mL的去离子水，冷却至室温后缓慢加入60mL双氧水(30wt％)，溶液由深棕色变成了金黄色，将溶液进行抽滤，先采用200mL盐酸(37wt％)和200mL水的混合溶液进行洗涤，之后用100mL盐酸和900mL水的混合溶液洗涤，最后用去离子水洗涤，直到滤纸上的沉淀物颜色变成黑色；然后将黑色的产物重新分散到600mL的去离子水中，并在4000rpm min^-1的转速下保持30min，将下层可见的杂质除去，再将上层产物在10000rpm min^-1的转速下保持30min，去除上层清液；最后，将得到的氧化石墨烯溶液放入透析袋中进行透析大约四周，直至溶液pH＝7，得到高浓度15～20mgmL^-1的氧化石墨烯分散液；最后通过加水稀释超声分散得到浓度为1～10mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

根据本发明的实施例，纳米纤维分散液的浓度(即纳米纤维在纳米纤维分散液中的浓度)为3～15mg mL^-1，比如3mg mL^-1、4mg mL^-1、5mg mL^-1、6mg mL^-1、7mg mL^-1、8mg mL^-1、9mg mL^-1、10mg mL^-1、11mg mL^-1、12mg mL^-1、13mg mL^-1、14mg mL^-1、15mg mL^-1。由此，可以有效提升制备的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的机械性能；若纳米纤维分散液的浓度大于15mg mL^-1，则可能出现纳米纤维分散不均、堆积的现象，进而影响垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的机械性能。

根据本发明的实施例，纳米纤维分散液中的纳米纤维的直径为50～1000nm，比如50纳米、100纳米、200纳米、300纳米、400纳米、500纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米、1000纳米。上述直径大小的纳米纤维既便于制备，而且还可以较好的提升复合膜材料的机械性能。

根据本发明的实施例，纳米纤维的材料选自聚酰亚胺、聚丙烯腈、醋酸纤维素、壳聚糖、聚乙烯醇、聚乳酸、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、氧化亚铜、三氧化二锰、四氧化三钴、五氧化二钒和氧化锆中的至少一种。由此，上述材料的机械性能优异，可以有效提升复合膜材料的机械性能，且上述材料的纳米纤维的制备工艺简单成熟。

根据本发明的实施例，纳米纤维的制备方法没有特殊要求，本领域技术人员根据实际情况灵活选择即可。在一些实施例中，可以通过静电纺丝制备纳米纤维，具体的，其制备步骤包括：配置具有一定粘度和流动性的静电纺丝前驱体溶液，溶液质量浓度可以为16％～25％。使用针管吸取5mL溶液固定在静电纺丝装置的卡槽内，用被铝箔覆盖的滚筒作为接收装置，调整针头和接收装置之间的接收距离，设置针头处正电压、接收装置处负电压和进料速度进行静电纺丝。其中，针头内径可以为0.16～3.0mm，针头正电压可以为10～25kV，接收器负电压可以为2～5kV进料速度可以为0.5～1.2mm min^-1，接收距离可以为10～30cm，静电纺丝成膜时间可以为1～12h。纺丝结束后，收集铝箔上的纳米纤维，在室温下存放使残留溶剂挥发，得到纳米纤维前驱体，之后将纳米纤维前驱体进行氧化或者退火烧结处理得到纳米纤维。

之后，使用匀浆机将固体的纳米纤维膜剪切，并分散在溶剂中制备纳米纤维分散液，其中，匀浆机输出功率为130W，空载转速8000～30000，分散头为1～250mL，剪切分散时间可以为20～80min，从而得到浓度为3～15mg mL^-1纳米纤维分散液。

S200：将混合液置入预定容器中，并将预定容器的底部与冷源接触进行方向自下而上的定向冷冻，得到表面积较大的垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料。在定向冷冻过程中，预定容器的底部与冷源接触，冷源的冷气逐渐地自下而上对混合液进行冷冻，使得氧化石墨烯中的氧化石墨烯片垂直取向排列，且氧化石墨烯片之间形成高度有序的通道；同时纳米纤维穿梭分散于石墨烯和通道中，不仅可以提升复合膜材料的强度，而且，还可以进一步增加垂直取向结构的表面积，提升待蒸馏液的蒸发面积，从而加快待蒸馏液的传输和蒸馏速率。

根据本发明的实施例，定向冷冻的温度为-196℃～-50℃(比如-196℃、-195℃、-190℃、-180℃、-170℃、-160℃、-150℃、-140℃、-130℃、-120℃、-110℃、-100℃、-90℃、-80℃、-70℃、-60℃、-50℃)，定向冷冻的时间为10～30分钟(比如10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟)。由此，在上述温度范围内，可以快速有效的形成垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料，且不会使得氧化石墨烯和纳米纤维受到损伤；若冷冻温度低于-195℃，则冷源成本较大，且纳米纤维和氧化石墨烯可能会被冻损伤，影响制备的复合膜材料的性能；若温度大于-50℃，则难以得到高度有序的垂直取向的结构。

其中，根据对冷源的温度要求，本领域技术人员可以灵活选择适宜的冷源，在一些实施例中，冷源可以为液氮，在定向冷冻时将盛有混合液的预定容器的底部与液氮的表面接触，进行自下而上的定向冷冻。

根据本发明的实施例，预定容器的具体材料没有特殊要求，只要可以在定向条件下保持结构和性能稳定，且不对混合液发生副反应即可，比如可以选用聚四氟乙烯容器、玻璃容器以及聚乙烯或者聚丙烯等塑料材质的容器。另外，对预定容器的形状也没有特殊要求，只要可以满足混合液自下而上的定向冷冻即可，比如预定容器可以为试管、烧瓶、表面皿、锥形瓶等容器。

S300：对垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料进行冷冻干燥。通过冷冻干燥，去除垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料中的溶剂。

根据本发明的实施例，冷冻干燥的温度为-54℃～-48℃(-54℃、-53℃、-52℃、-51℃、-50℃、-49℃、-48℃)，冷冻干燥的时间为36～72小时(比如36小时、40小时、45小时、50小时、55小时、60小时、65小时、70小时)。在上述条件下，可以有效地将垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料中的溶剂去除完全。

S400：对冷冻干燥之后的垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维复合膜材料进行还原处理，以便得到垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料。通过还原处理，可将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料。

根据本发明的实施例，还原处理选自激光还原、化学还原或热退火还原。其中，激光还原的条件为：激光强度为0.5～15W(比如0.5W、1W、3W、5W、7W、9W、11W、13W、15W)，还原时间为0.2～20s；化学还原的条件为：还原剂为水合肼，还原时间为5～24小时；热退火还原的条件为：在保护气氛(比如氮气、氦气和/或氩气)中进行，还原温度为300～1000℃(比如300℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000)，还原时间为2～6小时。由此，上述还原条件可以快速高效地将氧化石墨烯还原为石墨烯，且还原率较高。

根据本发明的实施例，通过上述定向冷冻处理，可以得到具有垂直取向的石墨烯结构，使得该复合膜材料作为蒸馏介质时，可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长，具体的：该复合膜材料可设置在待蒸馏液的表面作为蒸馏介质，一方面，该复合膜材料的垂直取向的通道结构，蒸馏时液体在复合膜材料内部沿着通道内壁传输，且通道不会被液体填充，从而使得溶液蒸馏面积增加(即液体与复合膜材料的接触面积较大)，加快溶液的蒸馏速率；另一方面，在复合膜材料表面溶液分子的作用力被削弱，降低了溶液分子的蒸发焓，进而可加快溶液在复合膜材料表面的蒸发，降低蒸馏所需要的能量，从而有效提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长。此外，纳米纤维的引入，可使得复合膜材料具有优异的机械性能，进而使其可被压缩、弯曲和拉伸，且保持其结构不被破坏；另外，上述制备方法简单易操作，且工艺成熟，易于工业化生产。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种蒸馏介质。根据本发明的实施例，所述蒸馏介质的至少一部分是由前面所述的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料构成。由此，该蒸馏介质可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长，实现界面增强蒸馏的效果。本领域技术人员可以理解，该蒸馏介质具有前面所述的垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料及其制备方法的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。

根据本发明的实施例，利用上述蒸馏介质进行蒸馏时，将其设置在待蒸馏液的表面，相比不设置蒸馏介质的传统蒸馏工艺，从室温到溶液沸点的温度范围内，利用该蒸馏介质蒸馏工艺的蒸馏速率要比传统蒸馏工艺的蒸馏速率高出180％～300％；收集相同质量的馏分，蒸馏工艺需要的能量减少，能量转化效率提高；且在蒸馏过程中，对于不同的液体进料，其节能效率约为4％～60％，节省时间约为45％～70％；对于不同的液体，其蒸发焓可降低107％～129％。

根据本发明的实施例，利用上述蒸馏介质进行蒸馏时，对所要蒸馏的溶剂没有特殊限制要求，比如可以为烷烃类、醇类、脂类、酮类、胺类、酚类、苯类等常见溶剂具体的：在一些实施例中，可用于蒸馏不同极性的液体混合物(可为不同沸点的液体混合物)，例如乙醇/水、水/N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环/氯苯；在另一些实施例中，可用于蒸馏高沸点体混合物，例如N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜、二甲基亚砜/N-甲基吡咯烷酮、乙二醇/N-甲基吡咯烷酮等；在又一些实施例中，可用于蒸馏提纯高温易变质的溶液，比如苯胺、乙酰乙酸乙酯、苯甲酸乙酯等。

在一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质蒸馏不同极性和不同沸点混合溶液时，与传统蒸馏相比，其蒸馏速率提高187％～284％，收集馏分纯度为93.0％～99.5％，节能效率约为40.6％～51.6％，节时效率约为45.9％～59.8％，同时减少温室气体以及污染气体排放。

在另一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质蒸馏高沸点混合溶液时，可在低于沸点的温度收集到纯度较高的馏分，与传统蒸馏相比，其蒸馏温度可降低11℃～39℃，与传统蒸馏相比(传统蒸馏工艺的馏分收集温度为馏分的沸点)，在相同的时间内利用复合膜材料作为蒸馏介质的蒸馏工艺在低于沸点温度即可收集到馏分，且收集馏分的纯度为98.0％～99.8％，节能效率为10.9％～30.8％。

在又一些实施例中，将上述复合膜材料作为蒸馏介质对高温易变质溶液的提纯时，可在低于沸点的温度收集到纯度更高的馏分，与传统蒸馏相比，利用复合膜材料作为蒸馏介质的蒸馏工艺的蒸馏温度可降低5℃～47℃，在相同的时间内与传统蒸馏相比(馏分收集温度在沸点)，其可在低于沸点温度收集到馏分，收集馏分纯度为98.0％～99.8％，节能效率为4.8％～42.5％。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种蒸馏装置。根据本发明的实施例，参照图3和图4，所述蒸馏装置包括前面所述的蒸馏介质100，所述蒸馏介质100设置在待蒸馏液40的表面上。由此，该蒸馏装置可以有效的提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗，缩短蒸馏时长。本领域技术人员可以理解，该蒸馏装置具有前面所述蒸馏介质的所有特征和优点，在此不再过多的赘述。

本领域技术人员可以理解，本发明的蒸馏装置除了前面所述的蒸馏介质100，还包括常规蒸馏装置所必备的结构或部件，比如图3(以实验室的蒸馏装置为例)所示，除了蒸馏介质100，蒸馏装置还包括加热源200、蒸馏瓶300、铁架台400、温度计500、蒸馏头600、冷凝管700、牛角管800以及接收瓶900，其中，上述各个结构的连接方式和要求与传统蒸馏装置的要求一致，在此不再过多赘述。

实施例

下列实施例和对比例中所采用的设备作如下说明：

激光笔的型号为JX-08。

实施例和对比例中制得的材料的表征如下：

(1)扫描电子显微镜(SEM)测试：利用扫描电子显微镜(JSM-7500F，日本岛津公司)对垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料进行SEM形貌表征；

(2)接触角测试：使用视频接触角测量仪(OCA25，德国)对溶剂在垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料表面亲水亲油性质进行测试；

(3)压缩机械性能测试：使用动态机械分析仪(INSTRON，美国)对垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的压缩性能进行测试；

(4)光学显微镜测试：使用光学显微镜(Zeiss，德国)对溶剂在具有垂直取向氧化石墨烯/纳米纤维阵列微结构的蒸馏膜材料内部的状态进行测试；

(5)蒸发焓测试：使用差示扫描量热仪(Q5000IR，中国)对纯溶剂和吸附在垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料表面的蒸发焓大小进行测试；

(6)蒸馏速率测试：使用实验室搭建的蒸馏装置(参照图3)对溶液进行蒸馏，将垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料制备的蒸馏介质置于蒸馏瓶中待蒸馏液的液面上，加热稳定后收集蒸馏1h的馏分，用精确度为0.0001g的电子天平对收集的馏分质量进行测量，计算蒸馏速率；

(7)收集馏分纯度测试：使用气相色谱分析仪(GCMS-QP2010，日本)对收集到馏分的纯度进行测试；

(8)蒸发速率提高值n＝100％*V_IED/V_TD，其中，V_IED是界面增强蒸馏的蒸发速率，V_TD是传统蒸馏的蒸发速率；

蒸馏能量节约效率η＝100％*(Q_TD-Q_IED)/Q_TD，其中，Q_IED(kW·h)是界面增强蒸馏消耗的电能，Q_IED(kW·h)是传统蒸馏消耗的电能；

时间节约效率η’＝100％*(T_TD-T_IED)/T_TD，其中，T_IED(h)是界面增强蒸馏消耗的时间，V_TD是传统蒸馏消耗的时间。

实施例1

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为5mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备二氧化硅纳米纤维前驱体，将二氧化硅纳米纤维前驱体置于室温下放置24h使多余溶剂挥发，放入管式炉中在空气氛围中850℃退火处理2h，升温速率为10℃ min^-1。随后用匀浆机将二氧化硅纳米纤维剪切分散在水溶液中，得到浓度为3mgmL^-1直径为200nm的二氧化硅纳米纤维分散液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和二氧化硅纳米纤维水溶液均匀混合2h，氧化石墨烯和纳米纤维的质量比为1：1。

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻30min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理36h，得到垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为5W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理10s，得到具有垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料。

对该垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图(参照图1)可以看出该复合膜材料具有垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维阵列微结构。二氧化硅纳米纤维的直径为200nm(具体参照图5)，二氧化硅纳米纤维引入石墨烯中，使制备的复合膜材料具有优异的机械性能，可被弯曲、拉伸和压缩，且保证该复合膜材料不会受到损伤。参照图6，该复合膜材料在被循环压缩50％、70％或90％之后结构没有坍塌，解除压力后可以回到初始状态，且依然能够保持结构完整性(图6中，复合膜材料施压，之后再解压，若解压的曲线可以回到纵坐标的零点，即表示复合膜材料的结构没有坍塌，且与被压缩之前一直，保持完整)。参照图7，同时垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料具有较佳的亲水的性质，对水溶剂接触角接近于0°，有利于液体的传输。

将垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料用于蒸馏介质，设置在待蒸馏液的液面上，参照图8，蒸馏时水在蒸馏介质中沿着垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维的通道内壁传输，而通道之间的空间不会被水堵塞，从而使蒸馏面积增大；传输在蒸馏介质表面的水分子之间的作用力被减弱，和纯水相比较(未传输在蒸馏介质表面的水，其蒸发焓为2326J g^-1，即传统蒸馏中水的蒸发焓为2326J g^-1)，使水在该蒸馏介质表面的蒸发焓的值降低为2131J g^-1，使得蒸馏界面增强，具体参照图9(图9中界面增强蒸馏代表利用蒸馏介质的蒸馏工艺，其中，对热流量曲线进行积分即可得到蒸发焓的数值)，上述增大的蒸馏面积和降低的蒸发焓，使水在蒸馏介质表面的蒸发速率加快。和传统蒸馏相比(液面无蒸馏介质)，当温度从室温升到水的沸点(100℃)过程中，水的蒸发速率(即图10中的蒸馏速率)提高了195％～217％(具体参照图10，图10中界面增强蒸馏代表利用蒸馏介质的蒸馏工艺)，且收集相同量的水馏分，蒸馏能量节约效率为38.4％～42.8％，时间节约效率为40.6％～55.2％(不同的温度点，其蒸发速率提高值、蒸馏能量的节约值和时间节约值都会有所不同)。

实施例2

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为3mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备聚酰亚胺纳米纤维前驱体，将聚酰亚胺纳米纤维前驱体置于室温下放置36h使多余溶剂挥发，放入管式炉中在惰性氛围进行退火处理，退火条件为从室温升到150℃保持30min，升温到200℃保持30min，升温到250℃保持30min，升温到300℃保持30min，最后升温到300℃保持30min，升温速率为10℃ min^-1，得到聚酰亚胺纳米纤维膜。随后用匀浆机将聚酰亚胺纳米纤维剪切分散在水溶液中，得到浓度为5mg mL^-1直径为350nm的聚酰亚胺纳米纤维分散液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和聚酰亚胺纳米纤维水溶液均匀混合1h，氧化石墨烯和纳米纤维的质量比为1:4。

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻30min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理36h，得到垂直取向氧化石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为15W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理2s，得到具有垂直取向石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料。

对该垂直取向石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图可以看出该复合膜材料具有垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维阵列微结构。聚酰亚胺纳米纤维引入石墨烯中，使制备的复合膜材料具有优异的机械性能，可被弯曲、拉伸和压缩，且保证该复合膜材料不会受到损伤。该复合膜材料在被压缩85％之后结构没有坍塌，解除压力后可以回到初始状态，且依然能够保持结构完整性。参照图11，垂直取向石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料具有较佳的亲油的性质，对乙醇溶剂接触角接近于0°，有利于乙醇在垂直取向石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料内部的传输。

将垂直取向石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维复合膜材料作为蒸馏介质，设置在待蒸馏液的液面上，对乙醇进行蒸馏提纯，参照图12，蒸馏时乙醇在蒸馏介质中沿着垂直取向的石墨烯/聚酰亚胺纳米纤维的通道内壁传输，而通道之间的空间不会被乙醇堵塞，从而使蒸馏面积增大；在蒸馏时，传输在蒸馏介质表面的乙醇分子之间的作用力被减弱，和纯乙醇相比较(未传输在蒸馏介质表面的乙醇，其蒸发焓为871J g^-1，即传统蒸馏中乙醇的蒸发焓为871J g^-1)，使乙醇在该蒸馏介质表面的蒸发焓的值降低为813J g^-1，使得蒸馏界面增强，具体参照图13(图13中界面增强蒸馏代表利用蒸馏介质的蒸馏工艺)，上述增大的蒸馏面积和降低的蒸发焓，使乙醇在蒸馏介质表面的蒸发速率加快。和传统蒸馏相比(液面无蒸馏介质)，当温度从室温升到乙醇的沸点(78℃)的过程中，乙醇的蒸发速率提高了203％～247％(具体参照图14，图14中界面增强蒸馏代表利用蒸馏介质的蒸馏工艺)，且收集相同量的乙醇馏分，蒸馏能量节约效率为42.0％～49.0％，时间节约效率为45.1％～55.3％。

实施例3

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为7mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备二氧化硅纳米纤维前驱体，将二氧化硅纳米纤维前驱体置于室温下放置24h使多余溶剂挥发，放入管式炉中在空气氛围中850℃退火处理2h，升温速率为10℃ min^-1。随后用匀浆机将二氧化硅纳米纤维剪切分散在水溶液中，得到浓度为6mgmL^-1直径为260nm的二氧化硅纳米纤维分散液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和二氧化硅纳米纤维水溶液均匀混合3h，氧化石墨烯和二氧化硅纳米纤维的质量比为1:0.25；

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻20min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理48h，得到垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为5W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理5s，得到具有垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料。

对该垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图可以看出该复合膜材料具有垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维阵列微结构。二氧化硅纳米纤维引入石墨烯中，使制备的复合膜材料具有优异的机械性能，可被弯曲、拉伸和压缩，且保证该复合膜材料不会受到损伤，该复合膜材料在被压缩90％之后结构没有坍塌，解除压力后可以回到初始状态，且依然能够保持结构完整性。同时垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料具有较佳的亲水亲油的性质，对水溶剂和N,N-二甲基甲酰胺溶剂接触角接近于0°，有利于液体的传输。

将垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料用于蒸馏介质，设置在待蒸馏液(水溶剂和N,N-二甲基甲酰胺溶剂不同极性的混合液)的液面上蒸馏时，可蒸馏出高纯度的水，水在蒸馏介质中沿着垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维的通道内壁传输，而通道之间的空间不会被水堵塞，从而使蒸馏面积增大；传输在蒸馏介质表面的水分子之间的作用力被减弱，和纯水相比较(未传输在蒸馏介质表面的水，其蒸发焓为2326J g^-1，即传统蒸馏中水的蒸发焓为2326J g^-1)，使水在该蒸馏介质表面的蒸发焓的值降低为2131J g^-1，使得蒸馏界面增强，上述增大的蒸馏面积和降低的蒸发焓，使水在蒸馏介质表面的蒸发速率加快。和传统蒸馏相比(液面无蒸馏介质)，在100℃时，水的蒸发速率提高了185％(具体参照图15，图15中界面增强蒸馏代表利用蒸馏介质的蒸馏工艺)，且收集相同量的水馏分，蒸馏能量节约效率为40.6％，时间节约效率为50％，以及收集到的水馏分的纯度为98.7％。

实施例4

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为10mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备聚丙烯腈纳米纤维前驱体，将聚丙烯腈纳米纤维前驱体置于室温下放置12h使多余溶剂挥发。随后用匀浆机将聚丙烯腈纳米纤维剪切分散在1,4-二氧六环溶液中，得到浓度为2mg mL^-1直径为450nm的聚丙烯腈纳米纤维1,4-二氧六环溶液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和聚丙烯腈纳米纤维1,4-二氧六环溶液均匀混合3h，氧化石墨烯和聚丙烯腈纳米纤维的质量比为1:5；

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻25min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理36h，得到垂直取向氧化石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为10W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理15s，得到具有垂直取向石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料。

对该垂直取向石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图可以看出该复合膜材料具有垂直取向的石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维阵列微结构。聚丙烯腈纳米纤维引入石墨烯中，使制备的复合膜材料具有优异的机械性能，可被弯曲、拉伸和压缩，且保证该复合膜材料不会受到损伤，该复合膜材料在被压缩90％之后结构没有坍塌，解除压力后可以回到初始状态，且依然能够保持结构完整性。同时垂直取向石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料具有较佳的亲油的性质，对有机溶剂接触角接近于0°，有利于液体的传输。

将垂直取向石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维复合膜材料用于蒸馏介质，设置在待蒸馏液(N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜不同沸点的混合液)的液面上蒸馏时，可蒸馏出高纯度的N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺在蒸馏介质中沿着垂直取向的石墨烯/聚丙烯腈纳米纤维的通道内壁传输，而通道之间的空间不会被N,N-二甲基甲酰胺堵塞，从而使蒸馏面积增大；传输在蒸馏介质表面的N,N-二甲基甲酰胺分子之间的作用力被减弱，和纯N,N-二甲基甲酰胺相比较(未传输在蒸馏介质表面的N,N-二甲基甲酰胺，其蒸发焓为606J g^-1，即传统蒸馏中N,N-二甲基甲酰胺的蒸发焓为606J g^-1)，使N,N-二甲基甲酰胺在该蒸馏介质表面的蒸发焓的值降低为533J g^-1，使得蒸馏界面增强，上述增大的蒸馏面积和降低的蒸发焓，使N,N-二甲基甲酰胺在蒸馏介质表面的蒸发速率加快。和传统蒸馏相比(液面无蒸馏介质)，在150℃时，N,N-二甲基甲酰胺的蒸发速率提高了225％，且收集相同量的N,N-二甲基甲酰胺馏分，蒸馏能量可节约42.8％，时间节约为55.2％。而且在低于N,N-二甲基甲酰胺沸点温度(128℃)蒸馏的馏分的量和传统蒸馏(不设置蒸馏介质，馏出温度为150℃)得到的馏分的量相同(具体参照图16，图中界面增强蒸馏代表设置蒸馏介质的蒸馏工艺)，相比传统的蒸馏工艺该实施例中低温蒸馏节约效率为22％，以及收集到的N,N-二甲基甲酰胺馏分纯度为98.5％。

实施例5

垂直取向石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为5mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备二氧化硅纳米纤维前驱体，将二氧化硅纳米纤维前驱体置于室温下放置24h使多余溶剂挥发，放入管式炉中在空气氛围中850℃退火处理2h，升温速率为10℃ min^-1。随后用匀浆机将二氧化硅纳米纤维剪切分散在水溶液中，得到浓度为5mgmL^-1直径为600nm的二氧化硅纳米纤维分散液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和二氧化硅纳米纤维水溶液均匀混合2h，氧化石墨烯和二氧化硅纳米纤维的质量比为1:3；

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻10min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理48h，得到垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为8W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理5s，得到具有垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料。

对该垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图可以看出该复合膜材料具有垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维阵列微结构。二氧化硅纳米纤维引入石墨烯中，使制备的复合膜材料具有优异的机械性能，可被弯曲、拉伸和压缩，且保证该复合膜材料不会受到损伤，该复合膜材料在被压缩90％之后结构没有坍塌，解除压力后可以回到初始状态，且依然能够保持结构完整性。同时垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料具有较佳的亲油的性质，对放置在空气中6个月的苯胺溶液(苯胺溶液在空气中别部分氧化，纯度较低)的接触角接近于0°，有利于苯胺液体的传输。

将垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料用于蒸馏介质，设置在待蒸馏液(在空气中放置6个月的苯胺溶液)的液面上蒸馏时，可蒸馏出高纯度的苯胺，苯胺在蒸馏介质中沿着垂直取向的石墨烯/二氧化硅纳米纤维的通道内壁传输，而通道之间的空间不会被苯胺堵塞，从而使蒸馏面积增大；传输在蒸馏介质表面的苯胺分子之间的作用力被减弱，和纯苯胺相比较(未传输在蒸馏介质表面的苯胺，其蒸发焓为498J g^-1，即传统蒸馏中水的蒸发焓为498J g^-1)，使苯胺在该蒸馏介质表面的蒸发焓的值降低为385J g^-1，使得蒸馏界面增强，上述增大的蒸馏面积和降低的蒸发焓，使苯胺在蒸馏介质表面的蒸发速率加快。在蒸馏装置内设置蒸馏介质进行蒸馏苯胺时，和传统蒸馏相比(液面无蒸馏介质)，在184℃时，蒸发速率提高了249％，蒸馏能量可节约51.8％，蒸馏时间可节约59.8％。而且在低于苯胺沸点的温度(145℃)蒸馏的馏分的量和传统蒸馏(不设置蒸馏介质，馏出温度为184℃)得到的馏分的量相同(具体参照图17，图中界面增强蒸馏代表设置蒸馏介质的蒸馏工艺)，相比传统蒸馏工艺该实施例中低温蒸馏节约效率为22％，以及收集到的苯胺馏分纯度为98.8％，高于使用传统蒸馏在沸点(184℃)收集到的苯胺的纯度(92.8％)。

对比例1

石墨烯/纳米纤维复合膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为5mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.利用静电纺丝法制备二氧化硅纳米纤维前驱体，将二氧化硅纳米纤维前驱体置于室温下放置24h使多余溶剂挥发，放入管式炉中在空气氛围中850℃退火处理2h，升温速率为10℃ min^-1。随后用匀浆机将二氧化硅纳米纤维剪切分散在水溶液中，得到浓度为3mgmL^-1直径为200nm的二氧化硅纳米纤维分散液；

3.在机械搅拌的情况下将制备的氧化石墨烯溶液和二氧化硅纳米纤维水溶液均匀混合2h，氧化石墨烯和二氧化硅纳米纤维的质量比为1:1；

4.将上述混合溶液倒入容器后，将容器放入液氮中进行冷冻30min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理36h，得到氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料；

5.利用功率为8W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行激光还原处理5s，得到具有垂直取向石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料。

对该石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料进行扫描电镜(SEM)表征，从SEM图(参照图18)可以看出该石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料具有无序的蜂窝状结构。利用该石墨烯/二氧化硅纳米纤维复合膜材料做为蒸馏介质进行蒸馏时，从显微镜照片(参照图19)中可以看出，水在具有蜂窝状结构的石墨烯/纳米纤维复合膜材料内部的传输被堵塞(具体参照图19)，导致其界面的蒸馏速率(10.8L m^-2h^-1)远远低于具有垂直取向的石墨烯/纳米纤维复合膜材料(13.2L m^-2h^-1)。

对比例2

垂直取向石墨烯膜材料的制备

1.利用Hummers法制备浓度为5mgmL^-1的氧化石墨烯分散液。

2.将上述氧化石墨烯分散液倒入容器后，将容器的底部与液氮表面接触，进行自底部到顶部(即自下而上)的定向冷冻30min，之后放入冷冻干燥机进行干燥处理36h，得到垂直取向氧化石墨烯膜材料；

3.利用功率为5W的激光笔将具有垂直取向氧化石墨烯膜材料进行激光还原处理10s，得到具有垂直取向石墨烯膜材料。

制备的垂直取向石墨烯膜材料具有优异的机械性能相对较差，参照图20，该垂直取向石墨烯膜材料在压缩程度为50％的循环压缩中，在第二圈压缩时，在施加0至10％的压力时垂直取向石墨烯膜材料受到的压强一直为0，说明垂直取向石墨烯膜材料再经过第一圈压缩后解压曲线没有回到原点，即垂直取向的结构坍塌，解除压力后无法回到初始状态。由此可见，纳米纤维的引入，可以很好的提升复合膜材料的强度。

将压缩受损前后的垂直取向石墨烯膜材料设置蒸馏装置内作为蒸馏介质对水进行蒸馏，水的蒸发速率分别为11.7和8.9L m^-2h^-1，与实施例1相比(蒸馏时水蒸发速率为13.2L m^-2h^-1)，垂直取向石墨烯膜材料压缩受损后，蒸馏速率大大降低，由此可见，垂直取向石墨烯膜材料的垂直取向结构受损后，会严重影响蒸馏速率的大小；垂直取向石墨烯膜材料压缩受损前，其蒸馏速率也小于实施例1的蒸馏速率，由此可见，纳米纤维的引入可以有效提升待蒸馏液蒸发速率，提升蒸馏速率。。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。