[發明專利]一種親水性材料

在審

• 申請號: 201711240578.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108212118A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 李春紅
• 申請（專利權）人: 江蘇新四態水膜科技有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本公開涉及一種親水性材料,包括石墨材料，其具有一表面和與該表面相鄰接的聚合物，其中聚合物由PEG或PEO聚合物組成。本發明中的石墨材料可以是一種與傳統的膜材料相比具有優異的化學、力學和電性能的碳納米管薄膜。該親水性石墨材料包含了PEG/PEO聚合物涂層，這種涂層增加石墨材料的親水性。

技術領域

本公開涉及親水性材料，更具體地說，本公開涉及新型親水性石墨材料，通過聚合物或分子對石墨材料的表面進行改性。聚合物或分子能有助于在鄰接石墨材料表面處形成一有序的水層，從而顯著提高石墨材料的親水性。

背景技術

純凈水是一項重要的資源。人口增長和工農業活動的擴大，正使得淡水越來越稀缺。與此同時，廢水的產生、地表水和地下水的污染呈上升趨勢。因此，業界內需要有去除水中的污染物的有效水處理方法和技術。

膜過濾技術為去除水中污染物提供了有效的解決方法，但實現高滲透性、高選擇性和抗污染能力仍是現有膜過濾技術面臨的重大挑戰。由微生物沉積和生長、化學腐蝕、天然有機材料和無機物結垢而導致的膜污染，對膜的性能產生負面影響，使得過濾通量下降、能源消耗增加、維護和運營成本上升。目前，水凈化技術中最迫切需要的是開發污染物截留率高、生產率高、跨膜壓力低和抗污染性能優異的過濾膜。

大多數商業過濾膜是由疏水性高分子材料制成的。常用于微濾(MF)膜和超濾(UF)膜的材料有醋酸纖維素、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯、聚砜和聚醚砜(PES)。醋酸纖維素和聚酰胺材料主要用于納濾(NF)和反滲透膜(RO)。每個聚合物在表面電荷、憎水程度和親水程度、對pH值和氧化劑的耐受程度、機械強度和柔韌性方面都表現出不同的性質。例如，醋酸纖維素膜易于被微生物降解，其操作pH值范圍窄，在4～8之間，而聚酰胺反滲透膜可在較寬的pH范圍內使用，不易被微生物降解。

膜材料是微濾、超濾、納濾和反滲透工藝流程的核心。然而，聚合物材料的疏水性使得商品過濾膜容易受到污染。污染可能來源于無機化合物、顆粒物、微生物或有機物。因此，聚合物膜的過濾性能不可避免地隨著時間的推移而下降。因此，很有必要開發新的過濾膜材料，以克服聚合物膜的缺點。

將碳納米管(CNT)粉末加入到聚合物中制備復合膜，已被證實可提高膜的親水性和過濾通量。然而，在CNT粉末聚合物復合膜中，CNT隨著時間的推移而損失還是一個關鍵問題。此外，由于具有憎水性，碳納米管本身容易聚集和結團，使得在制備復合材料時碳納米管難以均勻地分散到聚合物中。因此，有必要在高溫下用強酸對CNT進行化學處理，例如，用濃硝酸和濃硫酸長時間回流，將親水性的-OH和-COOH基團引入到CNT上，使得CNT變得較為親水。然而，使用腐蝕性的強酸將-OH和-COOH基團引入到CNT表面，不利于減少對環境的影響，批量生產也比較困難。再者，控制碳納米管上-OH和-COOH基團的引入量也是具有挑戰性的。從根本上說，共價引入-OH和-COOH基團只能發生在CNT結構被破壞的時候，因此，共價官能化的CNT表面有較多的結構上的缺陷，這些缺陷將改變CNT的電子和力學性能。這些改變了的性能和結構缺陷常常促進而不是防止CNT表面的污染。

目前人們已經開發了非共價鍵方法來解決共價修飾碳納米管中所存在的問題。有一種方法是使用聚乙二醇單烷基醚。有人認為疏水性烷基優先與疏水性碳納米管表面發生相互作用，使得親水性的聚乙二醇鏈段靠近CNT的表面。由于親水性的聚乙二醇鏈段的存在，使得所得到的CNT變得親水。聚乙二醇聚合物鏈中的游離羥基可以進一步發生交聯反應，從而形成更穩定的親水層。然而，聚乙二醇烷基醚和交聯體系的長期化學穩定性還是一個值得關注的問題。當交聯的聚乙二醇在過濾膜中發生降解時，有機降解產物可以滲透到滲透液中。此外，聚乙二醇單烷基醚修飾的碳納米管可能缺乏足夠的親水性以防止表面污染。