[发明专利]陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法，该方法能够制备高性能、高稳定性的复合膜，该方法包括以下步骤：步骤1.将陶瓷膜依次在蒸馏水、无水乙醇中超声清洗，然后烘干；步骤2.将镍的可分解原料制成修饰液；步骤3.将陶瓷膜的表面用修饰液完全润湿，然后烘干得到修饰后的陶瓷基膜；步骤4.在高温下灼烧陶瓷基膜，使镍的可分解原料分解为氧化镍颗粒并钉扎在陶瓷基膜膜孔表面；步骤5.将灼烧后的陶瓷基膜转移到高温和流动还原气氛条件下，使氧化镍颗粒还原成镍单质微粒；步骤6.将通入的气体切换为具有还原性的碳氢化合物气体，在高温和缺氧条件下发生裂解反应在修饰后陶瓷基膜内生成碳纳米管，形成陶瓷基碳纳米管复合膜。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及在陶瓷基膜上制备纳米碳结构形成陶瓷基碳纳米管复合膜的方法。

背景技术

陶瓷膜具有分离效率高、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，可用于工艺过程中的分离、澄清、纯化、浓缩、除菌、除盐等。

由于碳纳米管与陶瓷材料相比较，具有更高的化学稳定性，因此在陶瓷膜中加入碳纳米管能够提高陶瓷膜的化学稳定性。陶瓷膜的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。而碳纳米管具有优异的力学性能，其弹性模量与金刚石相当，弯曲强度高，拉伸强度高，并且密度小，具有很高的韧性。将碳纳米管添加到陶瓷材料基底上，能够提高陶瓷材料的力学性能，使陶瓷材料具有高强度和高韧性，克服传统陶瓷材料的缺点，具有很高的实用价值。同时，碳纳米管具有良好的传热性能，在陶瓷材料上得到碳纳米结构，能够提高陶瓷膜的导热性能。另外，由于碳纳米管具有更高的分离系数，在陶瓷膜的表面和陶瓷膜膜孔内中添加碳纳米管能够有效提高陶瓷膜的分离系数和选择性。

传统陶瓷/碳纳米管复合膜的原料主要采用机械球磨混合陶瓷粉和碳纳米管粉的方法获得，然后通过流延、干压等方法制成复合膜，但是这些方法需要较复杂的设备、制备工艺要求严格、成本也较高，同时得到的粉体组成分布不均匀，稳定性不好，特别是当某种组分很少的时候，且易引入杂质。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法，能够制备高性能、高稳定性的陶瓷基分离用膜。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将陶瓷膜依次在蒸馏水、无水乙醇中超声清洗，然后置于恒温烘箱中烘干；步骤2.将镍的可分解原料溶于蒸馏水或醇溶液中制成修饰液；步骤3.将陶瓷膜的表面用修饰液完全润湿，然后将膜烘干得到修饰后的陶瓷基膜；步骤4.在高温下灼烧陶瓷基膜，使镍的可分解原料分解为氧化镍，并且使制成的氧化镍颗粒钉扎在陶瓷基膜膜孔表面；步骤5.将灼烧后的陶瓷基膜转移到高温和流动还原气氛条件下，使氧化镍颗粒还原得到金属镍单质微粒，此金属镍微粒可作为高温裂解碳氢化合物制碳纳米管的催化剂；步骤6.将通入的还原气体切换为具有还原性的碳氢化合物气体，在高温和缺氧条件下发生裂解反应在修饰后陶瓷基膜内生成碳纳米管，形成陶瓷基碳纳米管复合膜。

优选地，本发明提供的陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，超声清洗时间为15～120分钟，功率为100～1000W，温度不超过50℃。另外，烘干温度优选为70～100℃，时间为15分钟以上。

优选地，本发明提供的陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，醇溶液为含水甲醇、含水乙醇和含水丙醇中的至少一种溶液。

进一步地，本发明提供的陶瓷基碳纳米管复合膜的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中采用的镍的可分解原料优选为硝酸镍、碱式碳酸镍、乙酸镍和草酸镍中的任意一种，在修饰液中的浓度可以为0.01～3mol/L，优选为0.3～1mol/L。