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(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了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(yīng)用。所述制備方法為：首先采用堿性條件下FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O和碳納米管進(jìn)行反應(yīng)得到具有磁性的碳納米管，然后將其在溶劑中超聲分散后與聚氯乙烯、成孔劑攪拌8～20h溶解共混均勻，形成鑄膜液；將配制好的鑄膜液脫泡后，置于支撐物上進(jìn)行涂膜；然后將涂膜在磁場(chǎng)強(qiáng)度為200～400Oe的條件下作用5～10min，最后浸入去離子水中進(jìn)行溶劑交換，得到基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。所得超濾膜具有分離能力好的優(yōu)點(diǎn)，可用于蛋白質(zhì)分離、工業(yè)廢水處理、中水回用等領(lǐng)域。
【專利說明】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(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管由于其獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的光、電、熱等性能，被認(rèn)為是新型納米復(fù)合材料的理想添加劑，在生物工程、催化化學(xué)、生物化學(xué)、材料科學(xué)都有許多潛在的應(yīng)用。碳納米管作為膜材料添加劑也已有研宄，但將碳納米管在膜上有序排列卻少有研宄。
[0003]與隨機(jī)取向的碳納米管相比，排列有序的碳納米管有許多優(yōu)異的性能及功能特性，它具有更好的納米孔隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，表現(xiàn)出一些獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性能，如電學(xué)性能的各向異性、光的偏振效應(yīng)和較高的透光性，在光學(xué)和光電器件中具有廣泛應(yīng)用。在膜上的碳納米管有序排列則使膜形成了更好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道，實(shí)現(xiàn)良好的載荷傳遞，大大提尚了 I旲的性能。
[0004]有序的碳納米管復(fù)合膜制備方法可分為兩種，一種是先制備無(wú)序的碳納米管復(fù)合膜，然后通過后處理使無(wú)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(fā)生原位聚合反應(yīng)，得到復(fù)合膜。前一種方法操作簡(jiǎn)單，后處理實(shí)現(xiàn)碳納米管有序排列的方法有磁場(chǎng)取向法、電場(chǎng)取向法、液晶相誘導(dǎo)取向法等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)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。
[0006]本發(fā)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。
[0007]本發(fā)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(zhì)分離、工業(yè)廢水處理、中水回用等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]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:
[0010](1)將？乂13.6??！20、？6304 ? 7！！20和碳納米管混合，加入去離子水，室溫下超聲處理10?600111，得到黑色懸濁液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至55?701:，滴加版10?溶液至邱〉12，反應(yīng)1?1.5匕冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥12?24小時(shí)，研磨得到具有磁性的碳納米管；
[0011](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?20卜溶解共混均勻，形成鑄膜液；
[0012](3)將配制好的鑄膜液脫泡后，置于支撐物上進(jìn)行涂膜，然后在垂直于支撐物的方向上施加強(qiáng)度為200?40006的磁場(chǎng)，使膜在磁場(chǎng)下作用5?10111111 ；
[0013](4)將步驟⑶處理后的膜在空氣中停留30?608后以與液面成60?90。的角度浸入去離子水中進(jìn)行溶劑交換，得到碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
[0014]步驟⑴中所述的？乂13 ? 6??！20、？6804 - 7！！20和碳納米管加入的質(zhì)量份比例為:？6013.6??！20 0.97 ?4.48 份，？6804.7?。?0 0.50 ?2.30 份，碳納米管 0.1 ?2 份。
[0015]步驟⑴中所述的碳納米管優(yōu)選外徑為10?4011111，長(zhǎng)度〈2 VIII，純度〉97%，比表面積為100?21011^/8的碳納米管。
[0016]步驟⑵中所述的聚氯乙烯優(yōu)選聚合度為1000?3000的聚氯乙烯。
[0017]步驟⑵中所述的溶劑選自隊(duì).二甲基甲酰胺、隊(duì).二甲基乙酰胺和.甲基吡咯烷酮中的一種或兩種以上的混合物。
[0018]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(yōu)選平均分子量為5000?200000的聚乙烯吡咯烷酮。
[0019]步驟(2)中所述的超聲分散是指在頻率為20?60紐2的條件下超聲分散0.5?1.511。
[0020]步驟⑵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(zhì)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。
[0021]步驟⑶中所述的脫泡是指靜置12?30卜脫泡；所述的支撐物優(yōu)選平滑的聚酯無(wú)紡布、碳纖維或玻璃板；所述涂膜的厚度為150?450 VIII。
[0022]—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。
[0023]上述基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜在蛋白質(zhì)分離、工業(yè)廢水處理、中水回用等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0024]本發(fā)明的制備原理為通過- 6?。?0和- 7?。?0在堿性條件下生成？6304，？6304負(fù)載于碳納米管上而使其具有磁性，然后通過外加磁場(chǎng)使磁性碳納米管產(chǎn)生定向排列，得到基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
[0025]通過本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0026](1)通過化學(xué)共沉淀法生成磁性四氧化三鐵，使其負(fù)載于碳納米管表面，不但操作簡(jiǎn)單、方便靈活，使碳納米管在磁場(chǎng)作用下取向排列，而且四氧化三鐵的存在也使膜有了更加優(yōu)異的性能；
[0027](2)本發(fā)明的制備方法中通過調(diào)節(jié)加入的碳納米管的含量，鑄膜液濃度，成孔劑的比例，可以對(duì)膜的孔結(jié)構(gòu)、親水性、荷電性等進(jìn)行高效的控制，進(jìn)而優(yōu)化膜的分離性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為實(shí)施例1的涂膜在磁場(chǎng)下作用的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0030]實(shí)施例1
[0031〕⑴將？6013.6??！20 0.978、？6804.7！！20 0.508 和碳納米管 0.1“ 外徑為 40咖，長(zhǎng)度〈2 V III，純度?97 %，比表面積為1001^/8)混合，加入去離子水，室溫下超聲處理30111111，得到黑色懸濁液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至651:，滴加似0！1至邱〉12，反應(yīng)1卜，冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥12小時(shí)，研磨得到具有磁性的碳納米管；
[0032](2)將0.50%的具有磁性的碳納米管加入80被％的隊(duì).二甲基乙酰胺中，在超聲頻率為60紐2下超聲分散0.5卜，再將13被％聚合度為1000的聚氯乙烯、6.5被％平均分子量為5000的聚乙烯吡咯烷酮加入到超聲后的溶液中，在室溫條件下攪拌16匕得到溶解混合均勻的鑄膜液；
[0033](3)鑄膜液靜置脫泡241！后，將鑄膜液涂覆在平板玻璃上，涂覆膜的厚度控制在350 VIII，涂覆的速度為1.2111/111111 ；然后在垂直于平板玻璃的方向上施加強(qiáng)度為40006的磁場(chǎng)，使膜在磁場(chǎng)下作用5-1其在磁場(chǎng)下作用的示意圖如圖1所示；
[0034](4)將步驟⑶處理后的膜在空氣中停留608后以與液面成60。的角度浸入去離子水中，溶劑交換2處，取出晾干，即得基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
[0035]本實(shí)施例的聚氯乙烯-碳納米管復(fù)合超濾膜的純水通量和雙酚八出?八)截留率均在孔-300超濾杯上采用死端過濾進(jìn)行測(cè)量。在超濾壓力為100--時(shí)，純水通量為601.61/1112.卜，8？八截留率為56.8%0
[0036]實(shí)施例2
[0037](1)將？6013.6?。?0 2.248、？6804.7?。?0 1.158 和碳納米管 1.08 (外徑為 10咖，長(zhǎng)度〈2 VIII，純度?97%，比表面積為2101^/8)混合，加入去離子水，室溫下超聲處理10111111，得到黑色懸濁液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至551:，滴加似0！1至邱〉12，反應(yīng)1.511，冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥12小時(shí)，研磨得到具有磁性的碳納米管；
[0038](2)將0.08被％的具有磁性的碳納米管加入83被％的隊(duì).二甲基乙酰胺中，在超聲頻率為50紐2下超聲分散1.5卜，再將14被％聚合度為3000的聚氯乙烯、2.92被％平均分子量為200000的聚乙烯吡咯烷酮加入到超聲后的溶液中，在室溫條件下攪拌12匕得到溶解混合均勻的鑄膜液；
[0039](3)鑄膜液靜置脫泡221！后，將鑄膜液涂覆在平板玻璃上，涂覆膜的厚度控制在350 VIII，涂覆的速度為1.2111/111111 ；然后在垂直于平板玻璃的方向上施加強(qiáng)度為20006的磁場(chǎng)，使膜在磁場(chǎng)下作用10111111 ；
[0040](4)將步驟(3)處理后的膜在空氣中停留308后以與液面成90。的角度浸入去離子水中，溶劑交換2處，取出晾干，即得基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
[0041]本實(shí)施例的聚氯乙烯-碳納米管復(fù)合超濾膜的純水通量和雙酚4(8？八)截留率均在孔-300超濾杯上采用死端過濾進(jìn)行測(cè)量。在超濾壓力為100--時(shí)，純水通量為210.21/1112.卜，8？八截留率為68.2%0
[0042]實(shí)施例3
[0043](1)將？6013.6??！20 4.488、？6804.7??！20 2.308 和碳納米管 2.08 (外徑為 30咖，長(zhǎng)度〈2 V III，純度?97 %，比表面積為1801112^)混合，加入去離子水，室溫下超聲處理60111111，得到黑色懸濁液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至701，滴加似0！1至邱〉12，反應(yīng)1卜，冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥24小時(shí)，研磨得到具有磁性的碳納米管；
[0044](2)將2.5被％的具有磁性的碳納米管加入80被％的隊(duì)二甲基乙酰胺中，在超聲頻率為60紐2下超聲分散1.0卜，再將15被％聚合度為2000的聚氯乙烯、2.5被％平均分子量為50000的聚乙烯吡咯烷酮加入到超聲后的溶液中，在室溫條件下攪拌18匕得到溶解混合均勻的鑄膜液；
[0045](3)鑄膜液靜置脫泡301！后，將鑄膜液涂覆在平板玻璃上，涂覆膜的厚度控制在350 VIII，涂覆的速度為1.2111/111111 ；然后在垂直于平板玻璃的方向上施加強(qiáng)度為30006的磁場(chǎng)，使膜在磁場(chǎng)下作用10111111 ；
[0046](4)將步驟(3)處理后的膜在空氣中停留608后以與液面成75。的角度浸入去離子水中，溶劑交換2處，取出晾干，即得基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
[0047]本實(shí)施例的聚氯乙烯-碳納米管復(fù)合超濾膜的純水通量和雙酚八出?八)截留率均在孔-300超濾杯上采用死端過濾進(jìn)行測(cè)量。在超濾壓力為100--時(shí)，純水通量為489.91/1112.卜，8？八截留率為57.7%0
[0048]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟: (1)將？6?.6??！20、？6804.7！！20和碳納米管混合，加入去離子水，室溫下超聲處理10?60111111，得到黑色懸濁液，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌升溫至55?701:，滴加版10?溶液至邱〉12，反應(yīng)1?1.5匕冷卻過濾，沉淀物用去離子水洗滌至中性后真空干燥12?24小時(shí)，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?20卜溶解共混均勻，形成鑄膜液； (3)將配制好的鑄膜液脫泡后，置于支撐物上進(jìn)行涂膜，然后在垂直于支撐物的方向上施加強(qiáng)度為200?40006的磁場(chǎng)，使膜在磁場(chǎng)下作用5?10111111 ； (4)將步驟⑶處理后的膜在空氣中停留30?608后以與液面成60?90。的角度浸入去離子水中進(jìn)行溶劑交換，得到碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于:步驟(1)中所述的？6013 - 6！！20、？6804 - 7?。?0和碳納米管加入的質(zhì)量份為:？6013.6！！20 0.97 ?4.48 份，？6804.7??！20 0.50 ?2.30 份，碳納米管 0.1 ?2 份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于:步驟(1)中所述的碳納米管是指外徑為10?4011111，長(zhǎng)度〈2 VIII，純度〉97%，比表面積為100?210！1124的碳納米管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于:步驟⑵中所述的溶劑是指隊(duì).二甲基甲酰胺、隊(duì).二甲基乙酰胺和.甲基吡咯烷酮中的一種或兩種以上的混合物；所述的聚氯乙烯是指聚合度為1000?3000的聚氯乙烯；所述的成孔劑是指聚乙烯吡咯烷酮、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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的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，其特征在于:所述的成孔劑是指平均分子量為5000?200000的聚乙烯吡咯烷酮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于:步驟(2)中所述的超聲分散是指在頻率為20?60紐2的條件下超聲分散0.5 ?1.511。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于: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(zhì)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于:步驟(3)中所述的脫泡是指靜置12?30卜脫泡；所述的支撐物是指平滑的聚醋無(wú)紡布、碳纖維或玻璃板；所述涂膜的厚度為150?450 VIII。
9.一種基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜，其特征在于:通過權(quán)利要求1?8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。
10.權(quán)利要求9所述的基于碳納米管有序排列的聚氯乙烯超濾膜在蛋白質(zhì)分離、工業(yè)廢水處理、中水回用領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F1/44GK104437120SQ201410660229
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】牛曉君, 吳浩 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)