[发明专利]一种含有取向性碳纳米管的中空纤维正渗透复合膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种含有取向性碳纳米管的中空纤维正渗透复合膜及其制备方法，所述复合膜包括中空纤维膜构成的底膜以及覆盖在所述底膜上方的致密屏障层，所述底膜中含有改性碳纳米管，并且，与所述致密屏障层接触的表面经等离子体或湿法刻蚀露出取向排布的碳纳米管，该取向排布的碳纳米管一端埋藏在所述底膜中，另一端伸入到所述致密屏障层中。所述复合膜内碳纳米管的密度和分布可控，可以实现碳纳米管在膜材料中的取向性排布，有利于显著提高分离性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备领域，具体涉及一种制备含有取向性碳纳米管的中空纤维正渗透复合膜及其制备方法。

背景技术

膜分离是以筛分为原理，以压力为驱动的分离过程。该过程不涉及相变，操作简单，成本低廉，近年来在分离领域备受关注。该过程所用分离膜可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质，被广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。有机中空纤维膜因形似纤维，具有自支撑作用，与平板膜相对，具有比表面积大、分离效率高、结构简单、容易清洗等特点。中空纤维膜作为底膜，进一步制备更为致密的正渗透膜，用于脱盐、污水处理等。中空纤维正渗透膜在使用过程中还存在通量有限、机械稳定性差、易发生断丝等问题。

碳纳米管具有天然的一维中空通道，常用作分子通道高效传递水分子，被越来越多地尝试用于分离领域。例如，公开号为CN101791522B的专利文献公开了一种含碳纳米管的复合反渗透复合膜的制备方法，在合成聚酰胺膜的单体溶液中添加碳纳米管，通过浸渍法制备含碳纳米管的杂化反渗透复合膜。该膜利用碳纳米管独特的微孔结构和良好的水通道作用，在保持反渗透膜截留率的同时，大大提高膜的通量。Amini等[Amini M,JahanshahiM,Rahimpour A.Synthesis of novel thin film nanocomposite(TFN)forward osmosismembranes using functionalized multi-walled carbon nanotubes[J].Journal ofmembrane science,2013,435:233-241.]在制备过程中将氨基化的碳纳米管加入水相，最终得到了性能良好的正渗透膜，水通量提高了160％。

碳纳米管可被用于增强中空纤维膜的分离特性，并改善其机械稳定性。Goh等[GohK,Setiawan L,Wei L,et al.Fabrication of novel functionalized multi-walledcarbon nanotube immobilized hollow fiber membranes for enhanced performancein forward osmosis process[J].Journal of membrane science,2013,446:244-254.]将功能化碳纳米管沉积在中空纤维膜表面，并通过化学处理实现固定化，所得复合膜的正渗透特性明显改善，水透过系数提高了44％，水通量提高了30％。