[发明专利]一种温度可控开关式纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及温度可控开关式纳滤膜，包括滤膜本体和贯穿所述滤膜本体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列包括若干平行排列的碳纳米管，所述碳纳米管接枝有温敏高分子聚合物材料层，所述温敏高分子聚合物材料层随温度变化而处于收缩或伸展状态，从而使所述温度可控开关式纳滤膜通道的孔径大小随温度变化而变化，其制备方法是以碳纳米管和聚N‑异丙基丙烯酰胺为原材料，采用化学气相沉积法和表面引发原子转移自由基聚合法联用技术，制备出具有温度可控离子和蛋白质传输的纳滤膜的方法，该纳滤膜孔通透性好、环境响应灵敏，可以在不同温度下实现对无机离子和蛋白质的可控传输和过滤。

技术领域

本发明涉及具有智能开关式纳滤膜，具体涉及一种具有温度可控开关式纳滤膜以及其制备方法。

背景技术

常用的滤膜多为聚乙烯醇、醋酸纤维素等聚合物复合膜，这些聚合物滤膜不仅化学和机械稳定性相比碳纳米管膜差，且渗透率低，选择性不好等缺陷。随着纳米材料的应用前景越来越广泛，碳纳米管薄膜的制备也受到了来自世界各地科学家们的关注。由于碳纳米管具有力学、导电、传热、光学和储氢等良好性能，目前人们主要研究碳纳米管薄膜在场发射、传感器、光电器件等领域的应用。

随着绿色环保、能源节约的意识逐渐深入科学研究和生活，碳纳米管纳滤膜在分离过滤等方面的应用逐步被重视。碳纳米管纳滤膜通常是指透过物尺寸小于10nm的滤膜，碳纳米管是由碳原子构成的石墨片卷曲而成的一维中空管状结构。国内外许多专家学者对制备碳纳米管薄膜进行了深刻的探讨和研究：如Hinds等人在Science杂志2004,303(5654):62-65报道了一种在垂直排列的碳纳米管中嵌入聚合物的高度有序纳米多孔膜；Amini等在Science杂志2013,435:233-241报道了一种通过界面聚合的化学方法制备的碳纳米管纳米复合材料薄膜；任瑞敏在其北京大学博士毕业论文中提出并研究了原子转移自由基聚合法在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)径迹-刻蚀膜表面接枝PNIPAM的应用。

由于在无序碳纳米管纳滤膜中，碳纳米管以无序的方式混乱排列形成密排的网孔式空间结构，以碳纳米管之间的间隙为过滤通道，因此上述现有技术提供的纳滤膜中的碳纳米管起不到过滤通道的作用，存在通透性差、功能性单一的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术制备碳纳米管滤膜的通透性差、功能性少的问题，进而提供一种温度可控开关式纳滤膜，是基于碳纳米管阵列和温敏高分子聚N-异丙基丙烯酰胺，采用化学气相沉积法和表面引发原子自由基聚合法联用技术制备而成。本发明的温度可控开关式纳滤膜为具有温度可控离子传输和蛋白质过滤的以碳纳米管为唯一过滤通道的纳滤膜，该纳滤膜具有通透性好、制备工艺简便易行、制膜效果好和温度可控离子传输和蛋白质过滤好等优点。

本发明还提供了上述温度可控开关式纳滤膜的制备方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种温度可控开关式纳滤膜，包括滤膜本体和贯穿所述滤膜本体的碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列包括若干平行排列的碳纳米管，所述碳纳米管接枝有温敏高分子聚合物材料层，所述温敏高分子聚合物材料层随温度变化而处于收缩或伸展状态，从而使所述温度可控开关式纳滤膜通道的孔径大小随温度变化而变化。

所述温敏高分子聚合物材料为温敏高分子聚N-异丙基丙烯酰胺，当温度低于聚N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度时，聚合物材料层处于伸展状态；当温度高于聚N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度时，聚合物材料层处于收缩状态。

一种温度可控开关式纳滤膜的制备方法，包括下述步骤：

S1、通过化学气相沉积法(CVD)在单晶硅片上沉积烃类化合物形成碳纳米管阵列，所述碳纳米管的中心线垂直于所述单晶硅片所在的平面；