[发明专利]一种新型掺杂碳纳米管的双选择层复合膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于制备分离膜复合材料领域，具体涉及一种新型含碳纳米管的双选择层复合膜制备方法。

背景技术

近年来，膜分离技术是获取饮用水的有效途径，其中正渗透技术是新兴技术，具有低压操作、低能耗和低污染的显著优势，因此在很多领域都有广泛应用。如果将纳米材料、分子筛、碳材料、氧化石墨烯、金属氧化物等加入膜中，可以大幅度提高膜性能。碳纳米管作为一种理想的水分子通道，其具有单一的选择透过性，同时能提高膜的机械强度和抗污性能，因此将碳纳米管在膜科学领域受到了极大的关注。

目前，将碳纳米管加入膜的方式有两种，一种是用碳纳米管与高分子共混的方法将碳纳米管引入支撑层中，这种方法在纳滤膜领域应用较多；另一种是将碳纳米管加入截留层中，在膜制备过程中采用界面聚合法对修饰的碳纳米管采用水相添加或油相添加的方式进行界面聚合反应。

虽然在正渗透膜中加入碳纳米管可以提高膜的水通量，但正渗透测试过程中浓差极化现象仍不可避免，因此，开发一种新型的含碳纳米管的复合膜，使其具有高水通量和截留率同时有效降低正渗透过程中浓差极化现象的新型复合膜，是正渗透技术发展的核心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型掺杂碳纳米管的双选择层复合膜制备方法，即基于碳纳米管作为水分子通道可有效提高水通量的原理，依靠多巴胺的粘附性，将碳纳米管固定于膜表面的同时在膜表面形成一聚多巴胺层，并采用界面聚合的方法在膜表面形成一截留层，在膜两侧均形成致密截留层，在正渗透测试中可以有效降低内浓差极化、提高抗污染性能。本发明在现有技术的基础上，利用多巴胺的粘附性将碳纳米管引入基膜表面，并通过界面聚合法在膜两面均形成一致密截留层。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种新型掺杂碳纳米管的双选择层复合膜制备方法，具体包括以下步骤：

(1)基膜的制备：在强力搅拌下，将基膜溶于极性溶剂中，在恒温水浴中充分搅拌；待基膜充分溶解后，再加入致孔剂，不断搅拌使之成为均一、稳定的铸膜液；然后在空气中静止24～48h脱泡，脱泡完成后在恒温恒湿的环境下，将铸膜液倾倒在干净的玻璃板上，用刮刀使其成均匀薄层，在空气中挥发后将其浸入凝胶浴中成膜，冲洗后放在蒸馏水中备用。

(2)将制备好的基膜置于含有碳纳米管的多巴胺溶液中进行震荡反应，然后得到膜表面与底面均附有含碳纳米管的聚多巴胺复合层的基膜。

(3)将步骤(2)中得到的膜表面与底面均附有含碳纳米管的聚多巴胺复合层的基膜在空气中沥干，然后浸没在均苯三甲酰氯溶液中，采用界面聚合方法得到双选择层的复合膜。

(4)将步骤(3)中的复合膜进行热处理，得到含碳纳米管的双选择层复合膜。

进一步地，所述步骤(1)中的基膜为有机基膜或无机基膜，所述有机基膜为聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈中的一种；所述无机基膜为氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、硅酸镁、硅酸铝或碳膜中的一种。

进一步地，所述步骤(1)中，致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇-400(PEG-400)、聚乙二醇-2000(PEG-2000)或LiCl中的一种。

进一步地，所述步骤(1)中，恒温水浴中搅拌的温度为30～80℃。

进一步地，所述步骤(2)中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管的长度为微米级或纳米级，碳纳米管的添加量为0～10w/v％。

进一步地，所述步骤(2)中，多巴胺溶液的溶剂为海水、去离子水、pH为6～10的Tris-盐酸缓冲溶液、pH为6～10的磷酸盐缓冲溶液或质量分数为5～40％的乙醇水溶液。

进一步地，所述步骤(3)中的均苯三甲酰氯溶液的溶剂为正己烷或庚烷。

进一步地，所述步骤(4)中的热处理方法为60～100℃鼓风干燥箱中热处理或60～100℃去离子水中热处理5～20min。

该发明的有益效果在于：本发明所制备的新型含碳纳米管的双选择层复合膜以及制备方法的优点在于：(1)不会破坏基膜结构，不仅适用于平板膜，还可制备成中空纤维膜；(2)利用多巴胺粘性将碳纳米管引入截留层中，大幅度增加水分子通道，提高膜的抗污染性能，延长膜的使用寿命；(3)多巴胺特殊的附着性大大加强了复合层和基膜之间的符合强度；(4)采用双选择层结构更好的提高膜性能；(5)制备方法简单，在正渗透技术中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1、本发明实施例1中制备的含碳纳米管双选择层复合膜表面的扫描电子显微镜图。