[发明专利]一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜技术领域，且特别涉及一种改性碳纳米管和复合纳滤膜及其制备方法。

背景技术

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的膜过程，其孔径范围在几个纳米左右。纳滤过程对单价离子和分子量低于200Da的有机物截留效果较差，而对二价或多价离子及分子量介于200-1000Da之间的有机物有较高的脱除率，已广泛地应用于水的软化、溶液脱色、染料除盐浓缩和生化物质纯化浓缩，产生了一定的经济效益和社会效益。将无机纳米粒子材料应用于纳滤膜的制备中以提高纳滤膜的性能是近年来膜领域的研究热点之一。

碳纳米管是一种具有独特结构的一维材料，比表面积大，具有优异的力学、电学、热学性能，而且它的内壁比其它材料光滑许多，物质传输阻力小。

发明人研究发现，利用碳纳米管制备得到的复合纳滤膜，能够有效改善纳滤膜的性能。但是原生碳纳米管往往表面惰性，在溶剂中的分散性差，与聚合物基体的相容性也不好，因此往往需要先对碳纳米管进行改性，然后用于复合纳滤膜的制备。目前碳管改性主要存在过程复杂、药品有毒、污染环境、成本较高等问题。

有研究报道了利用聚甲基丙烯酸甲酯改性碳管、氨基改性的碳管提高复合纳滤膜的性能。但存在以下问题：碳管改性的过程复杂，需要用到危险化学物品和有机溶剂。也有研究报道含用聚多巴胺改性碳管的复合纳滤膜，但多巴胺药品价格昂贵，不利于工业化生产与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性碳纳米管，此改性碳纳米管带有亲水基团，分散性好，与聚合物的相容性好，且药品成品低廉、质量稳定。

本发明的另一目的在于提供一种改性碳纳米管的制备方法，操作过程简单，反应条件温和，成本低廉，适用于工业化大规模生产。

本发明的第三个目的在于提供一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜，此复合纳滤膜结构稳定，操作压力低，膜的水通量、亲水性及抗污染性能高。

本发明的第四个目的在于提供一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜的制备方法，操作简便、成本低廉，适用于工业化大规模生产。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种改性碳纳米管，在碳纳米管的外壁包覆一层单宁酸和Fe³⁺螯合交联功能层，得到改性碳纳米管。

本发明提出一种改性碳纳米管的制备方法，其包括以下步骤：

将碳纳米管分散于水中，加入单宁酸溶液，分散后加入铁盐溶液，搅拌下反应，得到改性碳纳米管。

本发明提出一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜，将上述的改性碳纳米管通过界面聚合法原位负载到多孔支撑膜的芳香聚合物功能皮层中，得到含改性碳纳米管的复合纳滤膜。

本发明提出一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜的制备方法，包括以下步骤：

将多孔支撑膜浸入到水相溶液中反应，取出排出表面过量的溶液，然后浸入到油相溶液中反应，再经热处理、漂洗，使多孔支撑膜在其表面生成一层负载碳纳米管的芳香聚合物功能皮层，得到所述含改性碳纳米管的复合纳滤膜；

其中，水相溶液为包含第一反应单体和改性碳纳米管的水溶液；油相溶液为包含第二反应单体的有机溶液。

本发明实施例的改性碳米管及其制备方法、含改性碳纳米管的复合纳滤膜及其制备方法的有益效果是：

利用单宁酸和Fe³⁺通过螯合交联在碳管表面上形成稳定的功能表层，得到的改性碳纳米管表面的功能基团具有良好的亲水性，使得改性碳管在水相溶液中能很好地分散，且所带苯酚功能基团可与油相单体反应，从而可与复合膜的功能皮层聚合物有化学键相互作用。

改性碳纳米管改性方法简单，操作过程简单，反应条件温和，成本低廉，绿色环保。得到的产品与聚合物的相容性好，质量稳定，适用于工业规模化生产。

将改性碳纳米管分散于水相溶液中，通过界面聚合法将改性碳纳米管以化学键形式负载到复合纳滤膜的聚合物功能皮层中。改性碳管化学键合到复合膜的聚合物表层中，使得无机-有机两相的接触更加紧密，相容性更好，膜的结构更稳定。改性碳管带有亲水功能基团，有利于复合纳滤膜的水通量、亲水性及抗污染性能的提高。改性碳管带有的苯酚基团具有自由基捕捉能力，可增强复合纳滤膜的抗氯性能和长期使用稳定性。

此外，复合纳滤膜生产过程简便、成本低廉，制得的复合纳滤膜操作压力低，综合分离性能显著提高，具有良好的工业化生产基础和广阔的应用前景。

附图说明