[發明專利]一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410660229.8
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104437120A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 牛曉君;吳浩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D71/30
• 分類號: B01D71/30;B01D67/00;C02F1/44;C07K1/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 張燕玲

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜及其制備方法與應用。

背景技術

碳納米管由于其獨特的一維管狀結構、優異的光、電、熱等性能，被認為是新型納米復合材料的理想添加劑，在生物工程、催化化學、生物化學、材料科學都有許多潛在的應用。碳納米管作為膜材料添加劑也已有研究，但將碳納米管在膜上有序排列卻少有研究。

與隨機取向的碳納米管相比，排列有序的碳納米管有許多優異的性能及功能特性，它具有更好的納米孔隙結構和較高的比表面積，表現出一些獨特的電學和光學性能，如電學性能的各向異性、光的偏振效應和較高的透光性，在光學和光電器件中具有廣泛應用。在膜上的碳納米管有序排列則使膜形成了更好的導電網絡通道，實現良好的載荷傳遞，大大提高了膜的性能。

有序的碳納米管復合膜制備方法可分為兩種，一種是先制備無序的碳納米管復合膜，然后通過后處理使無序碳納米管有序排列；另一種是先合成有序的碳納米管陣列，然后與聚合物單體發生原位聚合反應，得到復合膜。前一種方法操作簡單，后處理實現碳納米管有序排列的方法有磁場取向法、電場取向法、液晶相誘導取向法等。

發明內容

針對以上現有技術，本發明的首要目的在于提供一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制備得到的基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。

本發明的再一目的在于提供上述基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜在蛋白質分離、工業廢水處理、中水回用等領域中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)將FeCl₃·6H₂O、FeSO₄·7H₂O和碳納米管混合，加入去離子水，室溫下超聲處理10～60min，得到黑色懸濁液，然后在氮氣保護下，攪拌升溫至55～70℃，滴加NaOH溶液至pH>12，反應1～1.5h，冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥12～24小時，研磨得到具有磁性的碳納米管；

(2)將具有磁性的碳納米管超聲分散于溶劑中，依次將聚氯乙烯、成孔劑加入，攪拌8～20h溶解共混均勻，形成鑄膜液；

(3)將配制好的鑄膜液脫泡后，置于支撐物上進行涂膜，然后在垂直于支撐物的方向上施加強度為200～400Oe的磁場，使膜在磁場下作用5～10min；

(4)將步驟(3)處理后的膜在空氣中停留30～60s后以與液面成60～90°的角度浸入去離子水中進行溶劑交換，得到碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。

步驟(1)中所述的FeCl₃·6H₂O、FeSO₄·7H₂O和碳納米管加入的質量份比例為：FeCl₃·6H₂O?0.97～4.48份，FeSO₄·7H₂O?0.50～2.30份，碳納米管0.1～2份。

步驟(1)中所述的碳納米管優選外徑為10～40nm，長度<2μm，純度>97％，比表面積為100～210m²/g的碳納米管。

步驟(2)中所述的聚氯乙烯優選聚合度為1000～3000的聚氯乙烯。

步驟(2)中所述的溶劑選自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一種或兩種以上的混合物。

步驟(2)中所述的成孔劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油、丙二醇、乙二醇、丙酮、草酸和氯化鋰中的一種或兩種以上的混合物；優選平均分子量為5000～200000的聚乙烯吡咯烷酮。

步驟(2)中所述的超聲分散是指在頻率為20～60kHz的條件下超聲分散0.5～1.5h。

步驟(2)中所述的具有磁性的碳納米管、聚氯乙烯、成孔劑及溶劑的質量百分含量為具有磁性的碳納米管0.05～5％、聚氯乙烯5～22％、成孔劑1～10％，余量為溶劑。

步驟(3)中所述的脫泡是指靜置12～30h脫泡；所述的支撐物優選平滑的聚酯無紡布、碳纖維或玻璃板；所述涂膜的厚度為150～450μm。

一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜，通過上述制備方法制備得到。