[发明专利]单壁碳纳米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分离膜改性技术领域，特别是涉及一种单壁碳纳米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种性能优良的高分子材料，其突出的化学稳定性、耐辐射性、抗污染性和耐热性更使其在膜分离领域彰显其能，其中PVDF微滤膜和超滤膜已成功地应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域，但由于PVDF树脂的表面能极低、疏水性极强(接触角约为80°)，在处理水基流体时易产生吸附污染，例如无机物结垢、胶体颗粒物的沉积、微生物的滋生、化学污染及其它问题。综上，由于污染物沉积于膜表面和孔隙造成膜污染引起跨膜压差升高，膜通量下降，膜的处理能力迅速降低，致使膜寿命缩短，严重影响膜分离过程的稳定性、安全性及经济性，极大限制了其应用领域。因此，膜污染已成为当前制约膜分离技术大规模应用的瓶颈，如何成功地解决这一问题更成为膜法水处理大规模应用的关键，也是膜科学技术研究的热点和难点。

目前，开发新型抗污染膜材料是当前研究人员最为关注的研究领域，如专利200510009860.2公开了一种聚偏氟乙烯改性膜及其制备方法，专利200810061388.0公开了一种两亲性共聚物改性聚偏氟乙烯超滤膜的方法，专利200910069485.9公开了聚偏氟乙烯/液晶共混微孔膜及其制备方法。

当前主要是通过以下两方面开发新型抗污染膜材料：

一是对制膜前的基体材料进行改性，包括共混改性和共聚改性，此类方法是通过在膜材料中引入亲水性基团或者亲水性物质，从根本上改变膜的亲水性；

二是对成品膜的表面进行改性，包括表面涂覆改性、表面化学改性、表面辐照接枝改性和表面等离子体改性，此类方法是通过在膜表面引入亲水性基团从而达到提高膜亲水性，其中利用无机纳米粒子的特殊功能，将无机粒子与有机高分子共混制备出具有特定功能的高分子分离膜是提高膜抗污染能力的重要方法，加入无机纳米粒子能够提高膜的亲水性、降低膜污染，同时，还能提高膜的强度和韧性。在国内外已有的相关报道中，主要加入的无机纳米粒子有A1₂O₃，SiO₂，TiO₂等，但从实际应用效果来看，采用上述方法和手段也仅仅只能使膜的污染得到有效的控制或污染时间得到延续，在膜法水处理过程中膜污染问题并未彻底解决。

专利201210096520公开了一种聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法，该分离膜由以重量份计的下列组分组成：聚偏氟乙烯10～20、N,N-二甲基乙酰胺60～80、碳纳米管0.1～3和聚乙烯吡咯烷酮2～5，所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜是利用超声加机械搅拌的方法使碳纳米管均匀分散到聚偏氟乙烯中，最后由湿法相转化法制得掺杂碳纳米管的聚偏氟乙烯复合膜，由于碳纳米管的加入能很好改善聚偏氟乙烯的表面能，增强膜的亲水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的纯水通量得到大幅度提高，但该方法存在着改性效果不明显，在共混过程中，碳纳米管较难分散，容易产生团聚，进而会影响膜的均匀性和强度，为了提高碳纳米管在体系中的分散程度，需要大幅度提高共混的时间和强度。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种可有效提高膜的亲水性，并提高膜抗污染能力的一种单壁碳纳米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种单壁碳纳米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜，聚偏氟乙烯膜层的表面设有单壁碳纳米管膜层，按重量份数计，所述单壁碳纳米管涂覆改性聚偏氟乙烯膜由如下组分制成：

聚偏氟乙烯                        10-20

聚乙烯吡咯烷酮                    3-7

单壁碳纳米管(SWCNTs)              0.01-0.08

所述聚偏氟乙烯是指分子量范围为430000-900000的聚偏氟乙烯，在本发明的改性膜中作为膜的主体材料。

所述聚乙烯吡咯烷酮是指分子量范围为30000-40000的聚乙烯吡咯烷酮，在本发明的改性膜中作为致孔剂。

所述单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，具有较高的均匀一致性。单壁碳纳米管的直径一般在1～6nm，长度则可达几百纳米到几十微米，与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管具有更大的比表面积，因此通过改性在较少添加量的情况下具有较多的官能团。