[發明專利]單壁碳納米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210329689.3
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102784567A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 王文一;徐李昊;王斌;耿宏章;劉俊成
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 韓敏

技術領域

本發明屬于分離膜改性技術領域，特別是涉及一種單壁碳納米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制備方法。

背景技術

聚偏氟乙烯(PVDF)作為一種性能優良的高分子材料，其突出的化學穩定性、耐輻射性、抗污染性和耐熱性更使其在膜分離領域彰顯其能，其中PVDF微濾膜和超濾膜已成功地應用于化工、電子、紡織、食品、生化等領域，但由于PVDF樹脂的表面能極低、疏水性極強(接觸角約為80°)，在處理水基流體時易產生吸附污染，例如無機物結垢、膠體顆粒物的沉積、微生物的滋生、化學污染及其它問題。綜上，由于污染物沉積于膜表面和孔隙造成膜污染引起跨膜壓差升高，膜通量下降，膜的處理能力迅速降低，致使膜壽命縮短，嚴重影響膜分離過程的穩定性、安全性及經濟性，極大限制了其應用領域。因此，膜污染已成為當前制約膜分離技術大規模應用的瓶頸，如何成功地解決這一問題更成為膜法水處理大規模應用的關鍵，也是膜科學技術研究的熱點和難點。

目前，開發新型抗污染膜材料是當前研究人員最為關注的研究領域，如專利200510009860.2公開了一種聚偏氟乙烯改性膜及其制備方法，專利200810061388.0公開了一種兩親性共聚物改性聚偏氟乙烯超濾膜的方法，專利200910069485.9公開了聚偏氟乙烯/液晶共混微孔膜及其制備方法。

當前主要是通過以下兩方面開發新型抗污染膜材料：

一是對制膜前的基體材料進行改性，包括共混改性和共聚改性，此類方法是通過在膜材料中引入親水性基團或者親水性物質，從根本上改變膜的親水性；

二是對成品膜的表面進行改性，包括表面涂覆改性、表面化學改性、表面輻照接枝改性和表面等離子體改性，此類方法是通過在膜表面引入親水性基團從而達到提高膜親水性，其中利用無機納米粒子的特殊功能，將無機粒子與有機高分子共混制備出具有特定功能的高分子分離膜是提高膜抗污染能力的重要方法，加入無機納米粒子能夠提高膜的親水性、降低膜污染，同時，還能提高膜的強度和韌性。在國內外已有的相關報道中，主要加入的無機納米粒子有A1₂O₃，SiO₂，TiO₂等，但從實際應用效果來看，采用上述方法和手段也僅僅只能使膜的污染得到有效的控制或污染時間得到延續，在膜法水處理過程中膜污染問題并未徹底解決。

專利201210096520公開了一種聚偏氟乙烯-碳納米管復合分離膜及其制備方法，該分離膜由以重量份計的下列組分組成：聚偏氟乙烯10～20、N,N-二甲基乙酰胺60～80、碳納米管0.1～3和聚乙烯吡咯烷酮2～5，所述聚偏氟乙烯-碳納米管復合分離膜是利用超聲加機械攪拌的方法使碳納米管均勻分散到聚偏氟乙烯中，最后由濕法相轉化法制得摻雜碳納米管的聚偏氟乙烯復合膜，由于碳納米管的加入能很好改善聚偏氟乙烯的表面能，增強膜的親水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的純水通量得到大幅度提高，但該方法存在著改性效果不明顯，在共混過程中，碳納米管較難分散，容易產生團聚，進而會影響膜的均勻性和強度，為了提高碳納米管在體系中的分散程度，需要大幅度提高共混的時間和強度。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種可有效提高膜的親水性，并提高膜抗污染能力的一種單壁碳納米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種單壁碳納米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜，聚偏氟乙烯膜層的表面設有單壁碳納米管膜層，按重量份數計，所述單壁碳納米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜由如下組分制成：

聚偏氟乙烯????????????????????????10-20

聚乙烯吡咯烷酮????????????????????3-7

單壁碳納米管(SWCNTs)??????????????0.01-0.08

所述聚偏氟乙烯是指分子量范圍為430000-900000的聚偏氟乙烯，在本發明的改性膜中作為膜的主體材料。

所述聚乙烯吡咯烷酮是指分子量范圍為30000-40000的聚乙烯吡咯烷酮，在本發明的改性膜中作為致孔劑。

所述單壁碳納米管是由單層圓柱型石墨層構成，其直徑大小的分布范圍小、缺陷少，具有較高的均勻一致性。單壁碳納米管的直徑一般在1～6nm，長度則可達幾百納米到幾十微米，與多壁碳納米管相比，單壁碳納米管具有更大的比表面積，因此通過改性在較少添加量的情況下具有較多的官能團。