[發(fā)明專利]一種新型摻雜碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜制備方法

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• 申請日: 2014-11-01
• 公開（公告）號: CN105013340A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志寧;宋向菊;王蒞;王濤;高翔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D71/06;B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制備分離膜復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型含碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜制備方法。

背景技術(shù)

近年來，膜分離技術(shù)是獲取飲用水的有效途徑，其中正滲透技術(shù)是新興技術(shù)，具有低壓操作、低能耗和低污染的顯著優(yōu)勢，因此在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。如果將納米材料、分子篩、碳材料、氧化石墨烯、金屬氧化物等加入膜中，可以大幅度提高膜性能。碳納米管作為一種理想的水分子通道，其具有單一的選擇透過性，同時能提高膜的機(jī)械強(qiáng)度和抗污性能，因此將碳納米管在膜科學(xué)領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。

目前，將碳納米管加入膜的方式有兩種，一種是用碳納米管與高分子共混的方法將碳納米管引入支撐層中，這種方法在納濾膜領(lǐng)域應(yīng)用較多；另一種是將碳納米管加入截留層中，在膜制備過程中采用界面聚合法對修飾的碳納米管采用水相添加或油相添加的方式進(jìn)行界面聚合反應(yīng)。

雖然在正滲透膜中加入碳納米管可以提高膜的水通量，但正滲透測試過程中濃差極化現(xiàn)象仍不可避免，因此，開發(fā)一種新型的含碳納米管的復(fù)合膜，使其具有高水通量和截留率同時有效降低正滲透過程中濃差極化現(xiàn)象的新型復(fù)合膜，是正滲透技術(shù)發(fā)展的核心。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型摻雜碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜制備方法，即基于碳納米管作為水分子通道可有效提高水通量的原理，依靠多巴胺的粘附性，將碳納米管固定于膜表面的同時在膜表面形成一聚多巴胺層，并采用界面聚合的方法在膜表面形成一截留層，在膜兩側(cè)均形成致密截留層，在正滲透測試中可以有效降低內(nèi)濃差極化、提高抗污染性能。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用多巴胺的粘附性將碳納米管引入基膜表面，并通過界面聚合法在膜兩面均形成一致密截留層。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種新型摻雜碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜制備方法，具體包括以下步驟：

(1)基膜的制備：在強(qiáng)力攪拌下，將基膜溶于極性溶劑中，在恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁淮こ浞秩芙夂螅偌尤胫驴讋粩鄶嚢枋怪蔀榫弧⒎€(wěn)定的鑄膜液；然后在空氣中靜止24～48h脫泡，脫泡完成后在恒溫恒濕的環(huán)境下，將鑄膜液傾倒在干凈的玻璃板上，用刮刀使其成均勻薄層，在空氣中揮發(fā)后將其浸入凝膠浴中成膜，沖洗后放在蒸餾水中備用。

(2)將制備好的基膜置于含有碳納米管的多巴胺溶液中進(jìn)行震蕩反應(yīng)，然后得到膜表面與底面均附有含碳納米管的聚多巴胺復(fù)合層的基膜。

(3)將步驟(2)中得到的膜表面與底面均附有含碳納米管的聚多巴胺復(fù)合層的基膜在空氣中瀝干，然后浸沒在均苯三甲酰氯溶液中，采用界面聚合方法得到雙選擇層的復(fù)合膜。

(4)將步驟(3)中的復(fù)合膜進(jìn)行熱處理，得到含碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的基膜為有機(jī)基膜或無機(jī)基膜，所述有機(jī)基膜為聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈中的一種；所述無機(jī)基膜為氧化鋁、二氧化鈦、二氧化硅、硅酸鎂、硅酸鋁或碳膜中的一種。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，致孔劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇-400(PEG-400)、聚乙二醇-2000(PEG-2000)或LiCl中的一種。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，恒溫水浴中攪拌的溫度為30～80℃。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，碳納米管的長度為微米級或納米級，碳納米管的添加量為0～10w/v％。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，多巴胺溶液的溶劑為海水、去離子水、pH為6～10的Tris-鹽酸緩沖溶液、pH為6～10的磷酸鹽緩沖溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～40％的乙醇水溶液。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中的均苯三甲酰氯溶液的溶劑為正己烷或庚烷。

進(jìn)一步地，所述步驟(4)中的熱處理方法為60～100℃鼓風(fēng)干燥箱中熱處理或60～100℃去離子水中熱處理5～20min。

該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所制備的新型含碳納米管的雙選擇層復(fù)合膜以及制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)不會破壞基膜結(jié)構(gòu)，不僅適用于平板膜，還可制備成中空纖維膜；(2)利用多巴胺粘性將碳納米管引入截留層中，大幅度增加水分子通道，提高膜的抗污染性能，延長膜的使用壽命；(3)多巴胺特殊的附著性大大加強(qiáng)了復(fù)合層和基膜之間的符合強(qiáng)度；(4)采用雙選擇層結(jié)構(gòu)更好的提高膜性能；(5)制備方法簡單，在正滲透技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1、本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含碳納米管雙選擇層復(fù)合膜表面的掃描電子顯微鏡圖。