[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜的制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109603566B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 全燮;張海光;陳碩;于洪濤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;隋秀文

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜的制備方法及應(yīng)用。該導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜由導(dǎo)電聚合物和碳納米管復(fù)合，再在戊二醛的酸性溶液中進(jìn)行交聯(lián)得到，其優(yōu)點(diǎn)在于：制備工藝簡單，無需昂貴的設(shè)備；制備的納濾膜結(jié)構(gòu)可控；具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。該納濾膜可與電相耦合，通過增強(qiáng)膜表面電荷密度，能夠在保持較高的滲透性的同時提高膜的離子分離性能，緩和其滲透性?選擇性之間的矛盾；而且，還可以增強(qiáng)納濾膜對一些小分子有機(jī)物質(zhì)的去除。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜的制備方法及應(yīng)用，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)由于具有分離效率高、無需添加化學(xué)試劑、操作簡單、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。按照膜孔尺寸可將膜分離技術(shù)劃分為微濾、超濾、納濾和反滲透。其中，納濾作為一種重要的膜分離技術(shù)，膜孔尺寸在0.5～2nm之間，可有效分離多價離子和分子量大于300Da的有機(jī)分子，在脫鹽、重金屬離子和有機(jī)污染物去除方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，納濾膜仍存在著一些不足。納濾膜的滲透性和選擇性之間存在矛盾效應(yīng)，影響其整體分離性能；此外，納濾膜對單價離子(如：Cl^-,F^-,Br^-,NO₃^-,Na⁺,K⁺等)的去除率相對較低，僅為10～60％。納濾膜的這些不足使得其處理效果難以滿足人們對水處理的高要求，限制了其在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，在保證納濾膜較高的水通量的同時，提高其選擇性是非常重要的。

基于納濾膜的分離機(jī)理可知，納濾膜的選擇性可以通過減小膜孔尺寸和增強(qiáng)靜電效應(yīng)來提高。縮小膜孔尺寸會導(dǎo)致水滲透性的降低，不利于納濾膜整體性能的提高；增強(qiáng)靜電效應(yīng)則或許能夠在保證納濾膜較高水通量的同時，來實(shí)現(xiàn)其對荷電物質(zhì)選擇性的提高。目前較為常見的增強(qiáng)靜電效應(yīng)的方法是對納濾膜進(jìn)行表面改性。通過表面改性可以增加納濾膜的表面電荷密度，來提高其選擇性。但是，膜表面電荷密度的增加會受到膜分離層厚度和有效比表面積的限制。因此，為了進(jìn)一步提高納濾膜的選擇性，尋求其他有效的策略是非常有必要的。將納濾技術(shù)與電相耦合，可以提高膜的吸附性能，能有效增強(qiáng)膜表面電荷密度，有望實(shí)現(xiàn)在不縮小膜孔徑的情況下提高膜的離子分離性能。而且，這也可以增強(qiáng)納濾膜對一些小分子有機(jī)物質(zhì)的有效去除。因此，電耦合納濾技術(shù)對提高納濾膜的分離性能，促進(jìn)納濾膜在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對納濾膜在水處理過程中存在的問題，即滲透性-選擇性之間的矛盾以及單價離子選擇性低的問題，提供了一種導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜的制備方法。所述納濾膜由導(dǎo)電聚合物和碳納米管復(fù)合，再在戊二醛的酸性溶液中進(jìn)行交聯(lián)得到。將該納濾膜與電耦合，可以通過增強(qiáng)膜表面電荷密度，來實(shí)現(xiàn)在保持較高的滲透性的同時提高膜的分離性能，緩和其滲透性-選擇性之間的矛盾。

一種導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜的制備方法，步驟如下：

(1)碳納米管膜的制備

采用v/v為1:3的70wt.％的濃硝酸和濃硫酸的混合酸液對碳納米管進(jìn)行氧化處理，在40～100℃下保溫30～120min；然后用高純水稀釋混合酸液，分離、干燥得到氧化碳納米管；隨后，配制氧化碳納米管的分散液，并將其真空抽濾到支撐層上，40～80℃烘干，得到碳納米管膜；

(2)將制備的碳納米管膜浸到導(dǎo)電聚合物對應(yīng)的單體溶液中10～30min后，取出并去除表面額外的溶液，然后將碳納米管膜置于引發(fā)劑溶液中，于0～25℃反應(yīng)5～30min以引發(fā)單體聚合，取出，再在0～25℃繼續(xù)反應(yīng)4～24h，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物單體的化學(xué)氧化聚合；

(3)將碳納米管膜浸漬于戊二醛的鹽酸溶液中交聯(lián)，清洗，自然干燥，得到導(dǎo)電聚合物/碳納米管復(fù)合納濾膜。

步驟(1)中所述碳納米管可為單壁碳納米管、雙壁碳納米管，也可為多壁碳納米管，且對碳納米管的外徑?jīng)]有限制，優(yōu)選情況下為5～50nm。