[發明專利]一種制備聚苯胺改性中性導電濾膜的方法

無效

• 申請號: 201310032611.X
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103100314A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 柳麗芬;李娜;趙鳳;楊鳳林
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D71/60
• 分類號: B01D71/60;B01D69/02;B01D69/12;C08G73/02;C02F1/44
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于導電復合材料制備和應用技術領域，涉及到改性導電濾膜及制備技術方法，特別涉及到利用植酸摻雜聚苯胺改性廉價過濾材料，使非導電過濾材料在中性條件下具有良好的導電性的方法。?

背景技術

目前，導電復合材料具有廣泛的應用，如電磁屏蔽材料、能源電極材料、電催化材料、（電）膜分離、檢測分析和響應、控制領域。其中導電濾膜是一類特殊的膜材料，同時具有導電性和過濾分離性能。金屬膜、碳膜具有良好的導電性，但是成本較高。由納米碳材料（碳納米管、納米碳纖維、石墨烯等）摻雜、復合金屬或導電氧化物成份的復合膜也能具有較好的導電性能。其中，石墨烯是在二維平面上單層排列的碳原子，具有優異電導、熱導和機械性能，因其來源豐富價格低廉，近來在復合膜制備應用領域獲得廣泛研究。導電聚合物與石墨烯的復合物具有穩定而良好的電化學性能。?

通常，一般的有機聚合物膜材料都不導電。制備復合導電濾膜的方法主要包括摻入導電成份，如金屬、碳粉、納米碳材料、導電聚合物等進行改性而獲得。導電聚合物的復合方式有混入或者原位聚合方法。比如將不導電膜材料置于含有導電聚合物單體：吡咯、噻吩、苯胺、乙炔及其衍生物等的環境中，在不同類型氧化劑的作用下引發聚合形成導電聚合物。其中聚吡咯改性導電膜已見很多報道：在Membrane?Sciences周刊394–??395?(2012)?202–??208中，柳麗芬，劉家棟等人用氣相聚合法改性中性濾布，并施加電場一定程度上控制了膜污染；在Materials?Letters?71?(2012)?57–?59中，陸向軍，竇惠等人利用聚吡咯、碳納米管改性石墨烯膜提高了電化學性能；吡咯改性可提高滌綸濾膜?的親水性和抗污染性能。但是，吡咯單體的成本很高，限制了吡咯導電聚合物材料的廣泛應用。?

聚苯胺是相對成本較低的導電聚合物，但在濾膜導電改性中的應用卻遇到許多問題。1）由于聚苯胺的溶解性能較差，不利于形成均勻鑄膜液相轉化制膜，以顆粒物方式摻入膜中，膜導電性能受影響；雖然有很多提高聚苯胺溶解性的研究，但是溶解度仍然較低，使用溶劑也是膜制備過程中，必然提高成本和消耗；溶劑的回收提高了過程控制的復雜性。2）其單體毒性較大、聚合速度很快，也不利于過程控制，形成牢固的形貌可控的導電層；過濾膜原位聚合導電改性中聚苯胺的形貌不易控制，不利于提高其牢度和保持對膜過濾性能的調控；3）酸性分子摻雜態的聚苯胺，才具有較好的導電性，因此在酸性條件下導電性較好；但是在中性或者堿性條件下摻雜的酸性成分容易脫摻雜，導致聚苯胺失去導電性，這些特點限制了聚苯胺的應用。在多數水處理中，特別是常見生物處理均在中性條件下進行，因此導電濾膜用于水處理過程，有必要也需要保持酸性以外范圍，特別是中性條件下聚苯胺改性膜有良好的導電性。?

最近，在?Processings?of?National?Academy?Sciences?周刊(2012)1-6中研究者潘麗佳，庾貴華等人利用植酸摻雜聚苯胺，發現該材料具有中性條件下的導電性。但是制備得到的材料是粉體或者水凝膠，無法應用到實際反應器中。此外離子液體摻雜的聚苯胺據報道也具有中性條件下的導電性能。?

膜污染一直是制約膜分離、特別是制約膜生物反應器技術發展瓶頸問題。在分離和純化技術周刊中(2011)1-7周刊中，柳麗芬，劉家棟，高波等人通過在反應器內部施加電場，使膜表面帶負電壓，對反應器中帶負電荷的活性污泥產生排斥作用，將膜污染物推離膜表面，延緩膜污染過程，避免膜通量的快速下降；在Chem.?Res.?35?(1996)?1133–1140，S.N.?Jagannadh,?H.S.?Muralidhara等同樣利用電場控制了膜污染；這些文章的相同之處是均利用了導電膜，而導電膜的加入有利于直接施加電場，也可以用于電化學生物過程中作為電極或者導電膜材料，導電離子交換膜材料等，具有廣泛的應用。?

目前，導電濾膜的研究一般局限在無機膜領域，有機導電膜的研究很少，而有機膜相對于無機膜成本低，在膜生物反應器的污水處理方面具有更廣闊的市場前景。相關施加電場減緩膜污染的研究，可以采用膜組件內置金屬導體電極的方法，但此法使組件結構復雜，占用反應器空間，還可能產生金屬腐蝕、影響膜出水效果，提高成本等。而聚苯胺有機導電濾膜成本低，如果在中性條件下也具有很好導電性，就可以直接施加電場用于控制膜污染。這有賴于提高中性條件下的聚苯胺的導電性。如何把其他研究者發現的中性條件下導電的粉體或水凝膠聚苯胺，復合制備到膜材料上，改性低成本過濾材料有待研究。?