一種用于空氣凈化的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米管陶瓷復(fù)合膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于空氣凈化的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣中充斥著的有害物質(zhì)如塵埃、細(xì)菌、甲醛等，可誘發(fā)呼吸道感染等多種疾病，近年來關(guān)于PM2.5可致癌的報道也屢見不鮮，能呼吸到潔凈的空氣越來越受到大家的追求。
[0003]現(xiàn)有的空氣凈化膜材料往往功能單一，對于空氣中2.5 μ m以下的細(xì)小顆粒一般難以取得滿意的濾除效果，并且存在使用壽命低、能耗大等諸多問題。因此，制備一種多功能的高效空氣凈化膜用于空氣凈化勢在必行。
[0004]碳納米管作為納米級材料，具有極高的比表面積和一定的吸附和抗菌性能，多孔陶瓷膜支撐體負(fù)載碳納米管作為空氣凈化的膜材料，可有效捕集空體中的微粒以及吸附空氣中的有害氣體甲醛。納米膜材料過濾含塵氣體為膜表層過濾，不會因為阻塞作為氣體通道的膜孔而帶來高壓降和高能耗，可節(jié)能高效地截留空氣中的PM2.5和殺滅空氣中的細(xì)菌。
[0005]金屬銀的抗菌性強，抗菌譜廣，其在光催化降解甲醛方面也成為人們研究的一個新熱點，將納米銀顆粒負(fù)載在碳納米管膜表面可顯著提高膜在空氣凈化中的抗菌性能和甲醛降解性能。然而，負(fù)載納米銀顆粒在碳納米管膜材料表面存在顆粒堆積，分散不均的問題。經(jīng)過酸處理后的碳納米管因表面含有豐富的官能基團，可有效均勻吸附納米銀于膜表面，協(xié)同碳納米管提高膜在氣體凈化除菌降甲醛方面的表現(xiàn)。此外，物化性質(zhì)穩(wěn)定的陶瓷膜支撐體及高疏水性的碳納米管膜層，提高了膜的穩(wěn)定性，也便于空氣凈化后膜的清潔與重復(fù)利用，延長了膜的使用壽命。因陶瓷膜支撐體及碳納米管膜層具有的耐高溫性，所以載銀復(fù)合膜不僅能用在家用、商用等場所，還能應(yīng)用于工業(yè)高溫含塵廢氣等方面的凈化，具有極高的實際應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種用于空氣凈化的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜的制備方法，該膜材料具備殺菌、降解甲醛及濾除PM2.5等多種功能。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種用于空氣凈化的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)陶瓷膜預(yù)處理:將陶瓷膜表面磨平處理，置于去離子水中超聲清洗并烘干；處理后的陶瓷膜放在石英舟內(nèi)，再置于管式爐反應(yīng)器中，通入氮氣后，程序性升溫至反應(yīng)溫度；
(2)化學(xué)氣相沉積反應(yīng):稱取適量的二茂鐵，溶于無水乙醇中，加入適量的碳納米管促生長劑乙二胺形成混合溶液；將混合溶液經(jīng)注射器緩慢勻速注入管式爐反應(yīng)器內(nèi)進行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，得到碳納米管陶瓷復(fù)合膜； (3)混酸處理:將步驟(2)得到的碳納米管陶瓷膜復(fù)合膜用一定濃度的氫氟酸溶液加熱處理并用去離子水反復(fù)沖洗至水溶液的pH為7 ;然后再用一定濃度的濃硝酸和濃硫酸加熱處理并用去離子水反復(fù)沖洗至水溶液的pH為7，再放入烘箱中烘干；
(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物置于一定濃度的硝酸銀乙二醇溶液中，加熱旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液完全揮發(fā)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗，直至水溶液的pH為7，最后放入烘箱中烘干。
[0008]步驟(1)中所述的陶瓷膜為氧化鋁陶瓷膜，膜孔徑為0.01?3.5 μπι，膜厚度為1?3mm。步驟(1)中所述烘箱溫度為60?80°C，烘干時間為8?12h ;程序性升溫時間為15?30min ;反應(yīng)溫度為600?950 °C ;所述氮氣純度為99.999%，氮氣流速為15?20mL/
So
[0009]步驟(2)中，所述二茂鐵稱取1?3.5g ;無水乙醇量取50?65mL ;乙二胺為2?5mL。步驟(2)中，注入混合溶液為20?30mL，注入速度約0.3?0.5mL/min。步驟(2)中，所述化學(xué)氣相沉積反應(yīng)時間為l~2h。
[0010]步驟(3)中，氫氟酸溶液濃度為3?5mol/L，添加量為30?50mL ;加熱溫度為30?50°C，加熱時間為1?2h0步驟(3)中，濃硝酸和濃硫酸的體積比為1:1~1:3，添加量為30?50mL，加熱溫度為30?50°C，加熱時間為1?2h ;烘箱烘干溫度為60?80°C，烘干8?12h0
[0011]步驟(4)中，硝酸銀乙二醇溶液濃度為0.4?lg/L，添加量為20~40ml，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)加熱溫度為30?50°C ;烘箱烘干溫度為60?80°C，烘干8?12h。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供了一種用于空氣凈化的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜的制備方法，該方法成本低且工藝簡單實用，能利用多孔陶瓷膜及納米材料的優(yōu)異性能，實現(xiàn)空氣凈化過程中節(jié)能與高效捕集PM2.5的兼得，膜上負(fù)載的納米銀顆粒，可有效催化降解空氣中的有害氣體甲醛。利用碳納米管及納米銀的雙重殺菌性能，可以高效殺滅空氣中的病菌。該多功能載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜具有的強抗菌和高疏水的特性，使得膜自身不易染菌的同時也便于空氣凈化后膜的清潔與重復(fù)利用。膜耐高溫，使用壽命長，可廣泛應(yīng)用于各種需要氣體凈化的場所，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的制備流程圖。
[0014]圖2為實施例1的掃描電鏡照片，(a)為陶瓷膜表面掃描電鏡照片，(b)為碳納米管一陶瓷復(fù)合膜表面掃描電鏡照片，(c)載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜表面掃描電鏡照片，(d)為局部放大的載銀碳納米管陶瓷復(fù)合膜表面上碳納米管結(jié)合納米銀顆粒的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做更進一步地解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。
[0016]實施例1 將厚度為1mm的圓片狀陶瓷膜經(jīng)2000目砂紙表面磨平處理后放入去離子水中，100W功率超聲清洗10分鐘，烘箱60°C條件下烘干8h備用；稱取lg 二茂鐵超聲溶于50mL無水乙醇中，加入2mL碳納米管促生長劑乙二胺得到混合溶液；將上述待備用陶瓷膜置于石英舟內(nèi)，由石英管管口推送至管式爐反應(yīng)區(qū)，并用法蘭封口石英管的兩端，通入流速為15mL/s的氮氣，將升溫程序設(shè)置為15min升至600°C后，經(jīng)注射器以約0.3mL/min的速度緩慢注入上述配制好的20mL混合溶液于反應(yīng)爐內(nèi)，并維持反應(yīng)溫度600°C 1小時；反應(yīng)結(jié)束后隨即關(guān)閉管式爐加熱電源，在流速為15mL/s的氮氣保護下自然降溫至室溫，然后打開法蘭封口，取出碳納米管陶瓷復(fù)合膜；將上述碳納米管陶瓷復(fù)合膜及磁石置于三口燒瓶中，打開冷卻水，向三口燒瓶中加入30mL的3mol/L的氫氟酸，30°C攪拌加熱回流lh，然后將碳納米管陶瓷復(fù)合膜用去離子水中反復(fù)沖洗，直至水溶液的pH為7 ;然后放入含有磁石的干凈三口燒瓶中，加入1:1的濃硝酸和濃硫酸30ml，30°C加熱回流攪拌lh，反應(yīng)完后取出產(chǎn)物，并用去離子水反復(fù)沖洗至水溶液的pH為7，最后放入烘箱中60°C烘干8h待用。將上述處理好的碳納米管陶瓷復(fù)合膜放入燒瓶，加入20mL 0.4g/L的硝酸銀乙二醇溶液，30°C加熱旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶液完全揮發(fā)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)沖洗，直至水溶液的pH為7，最后放入烘箱中烘干60°C烘干8h。
[0017]經(jīng)掃描電鏡表征得，氧化鋁陶瓷膜表面生長有一層碳納米管薄膜，單根碳納米管為彎曲狀，碳納米管管徑分布均勻，管長約2 μ m，塊狀納米銀顆粒夾雜于碳納米管間，納米銀顆粒大小較為均勾，顆粒大小約10?50nm。
[0018]實施例2
將厚度為2_的圓片狀陶瓷膜經(jīng)2500目砂紙表面磨平處理后放入去離子水中，200W功率超聲清洗20分鐘，后以烘箱70°C烘干10h待用；稱取2.25g 二茂鐵超聲溶于57.5mL