[發明專利]一種碳納米管增強的薄膜復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011012146.X
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN114247301A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 耿宏章;吳磊;袁曉彤;朱澤儒;寧玉杰;婁天驕
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D61/00;B01D67/00;B01D71/68;C02F1/44;C02F101/30
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本發明公開了一種碳納米管增強的薄膜納米復合膜及其制備方法，其特征在于：通過在單體中共混加入功能化的碳納米管，在基底膜表面引發聚合制得了薄膜納米復合膜。主要步驟如下：(1)將原始的碳納米管通過非共價接枝的方法進行功能化改性，并將功能化的碳納米管作為納米填料；(2)通過浸沒沉淀相轉化法制備了聚醚砜基底膜；(3)將吡咯單體與功能化碳納米管混合均勻，之后在氧化劑的作用下在聚醚砜基底膜上進行氧化聚合得到薄膜納米復合膜。由于在膜表面聚合了一層具有納米材料摻雜的聚吡咯選擇層，薄膜納米復合膜相比于未改性的聚醚砜基底膜具有對染料溶液更高的截留率和優異的抗污性能。

技術領域

本發明屬于納米材料用于分離膜改性的技術領域，尤其涉及碳納米增強的薄膜納米復合膜及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展以及人口數量的增多，水資源短缺問題日益嚴重。染料廢水在整個工業生產排放中占很大一部分的比重，且未處理的染料廢水很容易造成生態環境的污染，因此對廢水的有效處理變得尤為關鍵。分離膜由于其在膜分離領域的廣泛應用引起了廣大研究者的關注，目前傳統的單一基質超濾膜已廣泛用于各個行業，但在處理廢水過程中依然存在效率低和易污染的問題。薄膜納米復合膜，是一種新型的復合納濾膜，它是在基底膜的表面通過涂覆或聚合等方法在膜表面形成一層薄膜選擇層，并且在薄膜選擇層中添加納米材料，它具有更優異的分離和滲透性能以及耐污染的優點，膜表面性質易于調控，膜清洗簡單，恢復率高。

發明內容

本發明的目的在于制備一種薄膜納米復合膜，該復合膜在保持一定水通量的同時具有對染料高的截留率，同時薄膜納米復合膜具有良好的抗污性能。

本發明的技術方案如下：首先將木質素磺酸鈉，碳納米管和去離子水加入研缽中混合后充分研磨，然后將混合物進行水浴超聲處理，之后再進行過濾洗滌，得到功能化的碳納米管。之后將聚醚砜和添加劑加入到有機溶劑中，在70℃下加熱攪拌6h形成均勻的鑄膜液，將鑄膜液放在真空烘箱中進行真空脫泡，用刮膜棒刮膜并將其放到凝固浴中進行相轉化成膜得到基底膜。然后將一定濃度的吡咯單體和功能化碳納米管進行超聲分散好后置于培養皿中，將制備得到的聚醚砜基底膜浸入混合溶液中一段時間，將膜取出再浸入一定濃度的三氯化鐵溶液中進行氧化聚合，在膜表面形成一層摻雜有碳納米管的聚吡咯層，成功制得薄膜納米復合膜。

本發明的主要創新點如下：功能化的碳納米管作為納米填料，聚吡咯作為膜表面的額外選擇層，并在層中摻雜功能化碳納米管，得到的薄膜納米復合膜具有良好的表面性質，在提高選擇性的同時又保持了一定的滲透能力。該制備方法新穎，得到的復合膜綜合性能更優異。

本發明的有益技術效果為：本發明的碳納米管增強的薄膜納米復合膜具有優異的染料截留率，加入的功能化碳納米管具有良好的親水性和分散性，這使得復合膜具有親水性的表面，同時提高了滲透性和抗污性。

本發明的碳納米管增強的薄膜納米復合膜是一種新型的復合納濾膜，在處理染料廢水方面具有很高的工作效率，同時高的耐污染性能可以提高膜的使用壽命和縮減使用成本，膜的制備方法簡單，所需原料價格低廉。

本發明方法中膜抗污性能的監測方法如下：使用自制的錯流過濾系統測試膜的抗污染性能。首先，將膜在0.4MPa下進行預壓30min，然后在0.2MPa的壓力下測試純水通量J_w1，測試60min后將進料液換成100mg/L的剛果紅溶液，相同壓力下測試180min。之后，將污染的膜用純水沖洗20min，隨后再次測量膜的純水通量J_w2。本實驗中通過計算通量恢復率 (FRR)來分析膜的抗污染性能，計算公式(1)如下：

本發明所用的試劑和材料：原始的多壁碳納米管、木質素磺酸鈉、吡咯、三氯化鐵、聚乙烯吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、聚醚砜、剛果紅均為分析純。

附圖說明

圖1為薄膜復合膜過濾示意圖。

圖2為聚醚砜基底膜的制備過程示意圖。