[發(fā)明專利]高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010513961.4
• 申請(qǐng)日: 2010-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN101983758A
• 公開（公告）日: 2011-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳健;張文彬;王棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): B01D71/08
• 分類號(hào): B01D71/08;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明特別涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域的一種高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜及其制備工藝。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)由于效率高、成本低，沒(méi)有二次污染，引起人們的廣泛興趣，在氣體分離和凈化、生物大分子分離、污水凈化、海水脫鹽、石油化工和煤化工等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。但傳統(tǒng)方法制備的高分子分離膜，根據(jù)Robesen理論，都具有選擇性和透過(guò)率互相矛盾的缺陷，難以實(shí)現(xiàn)選擇性和透過(guò)率的同時(shí)提高，這使得高分子分離膜在實(shí)際使用過(guò)程中效率低。因此人們亟待開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性和透過(guò)率同時(shí)提高的分離膜。納米復(fù)合技術(shù)被認(rèn)為是能夠解決上述問(wèn)題的一種方法。納米材料具有高比表面積、高的表面電勢(shì)，有望解決傳統(tǒng)高分子分離膜通量低、易堵塞、選擇性差等問(wèn)題。但是，現(xiàn)有高分子/無(wú)機(jī)納米材料復(fù)合膜的制備方法如直接混合法、在線聚合法和溶膠-凝膠法等，其納米材料在高分子基體中都是無(wú)序無(wú)規(guī)則排列的，納米材料易出現(xiàn)團(tuán)聚，造成膜內(nèi)結(jié)構(gòu)的大量缺陷，而且納米材料的無(wú)序排列也限制了膜分離性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜及其制備方法，該高分子/無(wú)機(jī)復(fù)合分離膜中納米材料呈有序排列，兼具良好的選擇性和透過(guò)率，且其制備工藝簡(jiǎn)捷，易于操作，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜，其特征在于，所述復(fù)合分離膜包括高分子材料固態(tài)基體以及按一定取向均勻分散于所述基體中的導(dǎo)電納米材料。

具體而言，所述高分子材料至少為聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯和聚醚砜中的任意一種或兩種以上的組合；所述導(dǎo)電納米材料為可按一定取向排列的一維納米材料、二維納米材料和三維納米材料中的任意一種或兩種以上的組合。

所述一維納米材料至少為導(dǎo)電納米管和/或納米線；所述二維納米材料至少為納米金屬片層材料和/或納米半導(dǎo)體片層材料。

所述導(dǎo)電納米材料為氧化石墨烯或碳納米管

一種高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜的制備方法，其特征在于，該方法為：

將可按一定取向排列的導(dǎo)電納米材料均勻分散于可成膜的高分子材料溶液中后，將所得混合溶液成膜，并在成膜過(guò)程中施加電場(chǎng)，令導(dǎo)電納米材料在膜中沿電場(chǎng)方向取向，制成高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜。

進(jìn)一步的講，所述電場(chǎng)方向與膜平面成0～180°的夾角。

該方法還包括如下步驟：將制得的高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜進(jìn)行烘干處理。

所述高分子材料至少為聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯和聚醚砜中的任意一種或兩種以上的組合；所述導(dǎo)電納米材料為可按一定取向排列的一維納米材料、二維納米材料和三維納米材料中的任意一種或兩種以上的組合。

所述導(dǎo)電納米材料為氧化石墨烯或碳納米管。

該方法包括如下具體步驟：

將二維導(dǎo)電納米材料以單片或單層的形式均勻分散在有機(jī)溶劑中形成溶液，并在該溶液中溶入高分子材料，得到混合溶液；

將上述混合溶液采用甩膜法、注膜法和刮膜法中的任意一種制備成膜，同時(shí)在成膜過(guò)程中施加電場(chǎng)，使二維導(dǎo)電納米材料在膜中沿電場(chǎng)方向取向，制得高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜；

將制得的高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜置于溫度為150℃的烘箱中1h以上，至高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜被烘干；

所述二維導(dǎo)電納米材料采用由真空沉積或化學(xué)氧化剝離法制備的單層石墨烯，所述有機(jī)溶劑采用N-甲基吡咯烷酮。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)外加電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電納米材料在高分子膜內(nèi)的排列進(jìn)行取向，使在最終獲得的復(fù)合膜中該納米材料沿一定方向取向，克服了傳統(tǒng)方法制備復(fù)合膜過(guò)程中納米材料在膜中無(wú)序無(wú)規(guī)則排列的問(wèn)題，可有效提高膜的選擇性和透過(guò)率，該制備工藝操作簡(jiǎn)單易行，可應(yīng)用于制備厚度可控、納米材料取向可控、均勻平整的大面積復(fù)合膜。

具體實(shí)施方式

考慮到現(xiàn)有技術(shù)中各類復(fù)合膜在應(yīng)用上的缺陷，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，提出了本發(fā)明的高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合分離膜，其包括高分子材料固態(tài)基體以及按一定取向均勻分散于所述基體中的導(dǎo)電納米材料。

所述高分子材料可選自但不限于聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯和聚醚砜中的任意一種或兩種以上的組合。

所述導(dǎo)電納米材料選自可按一定取向排列的一維導(dǎo)電納米材料、二維導(dǎo)電納米材料和三維導(dǎo)電納米材料中的任意一種或兩種以上的組合。

優(yōu)選的，所述一維導(dǎo)電納米材料至少為導(dǎo)電納米管和/或納米線；所述二維納米材料至少為納米金屬片層材料和/或納米半導(dǎo)體片層材料。