[发明专利]一种碳纳米管中空纤维膜

说明书

技术领域

本发明涉及到一种碳纳米管中空纤维膜，属于膜技术领域。

背景技术

作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯和净化技术，膜分离技术发展迅速，已成为21世纪最具发展前景和重要影响力的主流技术。由于膜分离过程清洁无污染，无相态变化，低能耗，操作简单等优点而在食品加工，化学合成，药物提纯，生物提取以及环境修复等领域得到广泛应用。但是，目前的分离膜往往存在着通量底，分离性能差的缺点，还有的膜易遭受酸、碱、微生物腐蚀以及膜污染。例如，有机膜由于其化学稳定性以及热稳定性差而只能在温和的环境下运行。为了克服这些缺点而发展出来的陶瓷膜能够在苛刻的条件下运行，比如高温、强酸、强碱、存在有机溶剂等。碳化有机物而获得的碳分离膜同样能够克服有机膜稳定性差的缺点。但是，无论陶瓷膜还是碳化膜，由于其低孔隙率、高疏水性而造成通量很低。最近，Haiwei Liang等人在Adv.Mater.2010,22,4691–4695发表的文章“碳质纳米线膜用于选择性过滤和分离纳米颗粒”(Carbonaceous Nanofiber Membranes for Selective Filtration and Separation of Nanoparticles)中报道了在压差为80kPa时，其通量是相同分子截留量的商业化膜的10倍。据作者分析，造成高通量的原因，主要是由于一维纳米材料相互缠绕从而形成的超高孔隙率。

不难得出，这种由一维材料组成的碳膜具有诸多优点，例如高孔隙率，高通量，高化学稳定性，具有广阔的发展潜力。然而，仍存在一些突出问题，主要表现在：一是这种膜多为纸状，结构单一；二是，此种膜在运行过程中必需支撑体，这就对膜组件的简单化，小型化，集约化非常不利。这些不足都制约着一维碳材料膜的发展。

发明内容

本发明主要是针对目前分离膜存在的低通量，低化学稳定性，结构单一等不足，而提供一种碳纳米管中空纤维膜。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种碳纳米管中空纤维膜，该中空纤维膜全部由碳纳米管组成。所述的中空纤维膜具有可控的线形结构，中空纤维膜具有可控的外径、膜厚、膜体组成以及内芯数。

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或任意组合使用，所述的膜体组成为只有单壁碳纳米管组成，或只有双壁碳纳米管组成，或只有多壁碳纳米管组成，或单壁、双壁、多壁碳纳米管任意两者组成，或单壁、双壁、多壁碳纳米管三者组成。

所述的多壁碳纳米管外径可以为3～100nm。

所述的膜外径可以为100～1500μm。

所述的膜厚可以为10～500μm。

所述的内芯数可以为1～100个。

本发明的膜，主体结构美观、匀称，具有超强的化学惰性，一定的抑菌能力，良好的亲水性，优良的导电性能，超高孔隙率，高通量，高选择性，高吸附容量。

附图说明

本发明共设有5幅附图，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意型实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，现分别说明如下：

图1是1根螺旋状单壁碳纳米管中空纤维膜的扫描电镜图片。

图2是1根蛇形多壁碳纳米管中空纤维膜的扫描电镜图片。

图3是1根锯齿形单壁/多壁混合碳纳米管中空纤维膜的扫描电镜图片。

图4是1根具有3个内芯的多壁碳纳米管中空纤维膜的扫描电镜图片。

图5是图3中单壁/多壁混合纳米管中空纤维膜侧面放大的扫描电镜图片。

本发明的附图中所有的扫描电镜图片，是采用Hitachi S-4800型扫描电镜，在加速电压为10kV的条件下拍摄的。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：如图1所示，本实施例用单壁碳纳米管为膜主体材料，膜外径180μm，膜厚20μm，并塑成螺旋形。

实施例2：如图2所示，本实施例用外直径为60～100μm的多壁碳纳米管为膜主体材料，膜外径500μm，膜厚100μm，并塑成螺旋形。

实施例3：如图3所示，本实施例用单壁碳纳米管和外直径为60～100μm的多壁碳纳米管为膜主体材料，并塑成锯齿形。

实施例4：如图4所示，本实施例用外直径为60～100μm的多壁碳纳米管为膜主体材料，膜有3个内芯。