[发明专利]多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，具体地说，涉及一种多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜、其制备方法及应用。

背景技术

基于膜孔分离效应的膜技术因其具有操作简单、过程无相变、运行稳定等特点，在众多科学与工程领域中得到应。在膜中填充Al₂O₃、TiO₂、Fe₃O₄等功能型纳米粒子制备复合膜，膜技术结合纳米粒子的吸附、催化、磁性等特性在工业废水处理、医药等领域应用，并显示出巨大的优势。

多壁碳纳米管（MWCNTs）是由日本科学家S.Iijiama于1991年发现的一种碳质纳米材料。这种材料是一种具有纳米尺寸的碳多层管状结构。多壁碳纳米管具有与众不同的机械性能、电子性能、化学性质和较大的比表面积，在科学界掀起了继C60之后的又一次研究热潮，并得到了广泛的应用。由于其独特的物理化学性能，多壁碳纳米管开始广泛应用在材料、电导、化学等方面。在已有报道中，研究者开始尝试将多壁碳纳米管应用在分析检测领域中，并取得了一定的效果。

碳纳米管是具有纳米尺寸的碳多层管状物，由单层或多层石墨片围绕中心柱按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”。根据其结构的不同，碳纳米管可分为多壁碳纳米管（MWCNTs）和单壁碳纳米管（SWNTs）。碳纳米管凭借其极大的比表面积和，具有强烈的吸附作用。有文献报道，使用MWCNTs作为固相萃取材料分析液体样品，如水、果汁中的农药残留。刘建林等将碳纳米管作为固相萃取材料，测定水中多种痕量环境雌激素，检出限低、富集因子高、操作简便及费用低，可以普及成为水中痕量雌激素的检测方法。王旭东研究了碳纳米管／铜纳米结构电极材料在葡萄糖检测中的应用。结果表明，碳纳米管／铜纳米结构电极材料具有较大的电化学活性表面积、高稳定性、良好的导电性以及高葡萄糖电氧化活性，有望用于葡萄糖的检测。目前，尚未发现有关将MWCNTs作为吸附基质应用于样品中色素检测的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜、其制备方法及应用。

本发明主要利用多壁碳纳米管作为一种固相萃取材料，吸附食品中的非食用添加色素，再经过合适的溶剂洗脱，考察其对食品中非法添加色素的检测应用。多壁碳纳米管，一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.3nm左右，其典型的直径长度分别为2～30nm和0.1～50μm。

作为一种新型的纳米材料，多壁碳纳米管在分析化学中的应用越来越被人们熟悉，本发明是将膜技术与吸附净化材料MWCNTs结合起来，制备多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜，用于食品安全检测前处理中，检测食品中非食用色素的存在，一方面利用膜的膜孔效应去除基质中的蛋白质、脂类等大分子成分，另一方面膜中的多壁碳纳米管将有效的吸附色素，膜经过洗脱后，洗脱液可以直接进样分析。

为了实现本发明目的，本发明提供多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将多壁碳纳米管分散在乙酸丁酯（分析纯）中形成分散体系；

2）以聚醚砜为膜基材，加入制孔剂和N,N-二甲基甲酰胺，形成制膜液；

3）在制膜液中加入上述分散体系，搅拌后，在玻璃板上刮膜，成膜后蒸发有机溶剂（蒸发时间1min～5min），然后置于水中30-60秒，捞出晾干后，即得到多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜。

其中，步骤2）中所述制孔剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600或聚乙二醇800等中的一种或多种。所述制膜液中各成分的质量百分比为：聚醚砜8%-20%，制孔剂1%-6%，N,N-二甲基甲酰胺74%-91%。

其中，步骤1）中的分散体系中多壁碳纳米管与乙酸丁酯的优选用量为1-3:6（g:mL），更优选为1:3。

本发明还提供按上述方法制得的多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜，所述复合滤膜中多壁碳纳米管的质量百分含量为20%～90%（优选80%），所述复合滤膜的厚度为30μm～100μm（优选100μm），截留量为5万～10万道尔顿。

本发明还提供所述多壁碳纳米管-聚醚砜复合滤膜在食品中非食用色素筛查中的应用。所述非食用色素包括：酸性蓝1、分散黄9、罗丹明B、分散棕1、分散蓝124、结晶紫、分散蓝106、分散红1、分散黄3、酸性绿9、酸性紫9、酸性紫43、分散蓝3、分散橙11、分散橙37、酸性黄36、酸性橙2、分散黄1、分散橙3、分散橙1、苏丹红G、苏丹蓝2、苏丹红7B、苏丹红Ⅰ、苏丹红Ⅱ、苏丹红Ⅲ、苏丹红Ⅳ、对位红等工业中常用的色素。