CN110665376A - 一种利用碳纳米管涂敷改性中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用碳纳米管涂敷改性中空纤维膜、制备方法及用途，属于膜材料制备领域，本发明是要解决超滤膜运行中存在的膜污染问题。制备方法为，将作为载体的中空纤维膜用异丙醇溶液浸泡24h，然后用去离子水清洗至中性并自然干燥得到处理好的载体；用过滤涂覆法将碳纳米管分散溶液涂覆在处理好的载体上，涂覆完成后用去离子清洗并干燥得到负载碳纳米管的中空纤维改性膜。其优点在于利用碳纳米管的吸附性、亲水性和抗菌性，极大的提高了超滤膜的抗污染性能；且制备工艺简单，无须昂贵的设备，方法灵活可控。

Description

一种利用碳纳米管涂敷改性中空纤维膜的制备方法
技术领域
本发明属于膜材料制备领域；具体涉及一种利用碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法。
背景技术
随着饮用水源污染的加剧和饮用水指标的日趋严格，传统的水处理工艺已不能应对日益凸显的水污染问题，传统水厂的升级改造成为饮用水处理工艺的变革方向之一。超滤技术可有效地截留水体中的颗粒物、胶体、大分子有机污染物和微生物等，因此成为饮用水水处理领域的研究热点，并成功在大型水厂中得到了规模化应用。但超滤技术存在的一些问题也逐渐凸显，如运行能耗较大和长期运行中存在的膜污染严重问题，这极大的关系着水厂生产运行的经济性和稳定性。运行条件的优化可在一定程度上解决运行能耗增加和膜污染问题，但最终的解决方案还得从膜材料本身入手，制备出高通量和抗污染超滤膜才是解决这些问题的核心内容。
随着纳米技术在新时代的发展，碳纳米管材料因具有优异的导电性、良好的化学稳定性、较大的比表面积和良好的吸附能力引起了研究者的关注，纳米材料的引入为新型膜材料的制备提供了新的自由度，在聚合物材料自身特性限制下，可极大的提高膜的性能，如亲水性、通量和机械强度等，从而减缓膜污染严重问题。
有鉴于此，将碳纳米管材料与膜技术相结合，这类碳纳米管改性分离膜不仅具备传统膜分离的筛分截留作用，还具有优异的吸附截留性能，可在水处理过程中可通过吸附截留作用去除小颗粒度的纳米颗粒、病毒及分子态有机污染物，提高膜的抗膜污染能力。
发明内容
本发明是为了解决目前超滤膜技术所存在膜污染严重，运行费用高等问题，而提供的一种碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法。本发明所提出的制备方法，工艺简单，无需昂贵的设备，方法灵活可控。
本发明的基本构思是将预处理好的中空纤维膜载体利用过滤涂覆的方法将碳纳米管分散溶液负载在载体上，自然晾干后即得到负载碳纳米管中空纤维改性膜。
本发明所提出的一种碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法步骤如下：
(1)载体的预处理：将作为载体的中空纤维膜用异丙醇溶液浸泡24h，然后用去离子水清洗至中性并自然干燥得到处理好的载体；
(2)制备碳纳米管分散溶液：将表面活性剂tritonX100加入去离子水中，然后加入碳纳米管，水浴超声分散得到碳纳米管分散液；
(3)制备负载碳纳米管的中空纤维膜：用过滤涂覆法将碳纳米管分散溶液涂覆在处理好的载体上，涂覆完成后用去离子水清洗10min，悬挂自然晾干，得到负载碳纳米管的中空纤维改性膜。
本发明中，步骤(1)中所述异丙醇溶液浓度为50％。
本发明中，步骤(2)中所述表面活性剂triton X100与去离子水体积比为9：1000。
本发明中，步骤(2)中所述碳纳米管质量分数为0.75％～1.5％。
本发明中，步骤(2)中所述水浴温度为40℃。
本发明中，步骤(2)中所述超声分散时间为30min。
本发明中，步骤(1)、(2)中所述去离子清水方法为真空过滤法。
本发明中，步骤(3)中所述涂覆时间为6h。
本发明中，步骤(3)中所述涂覆条件为40℃、40～60r/min下涂覆。
本发明制备工艺简单，无需昂贵的设备；方法灵活，制备的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜结构可控；制备的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜主体结构美观，匀称且易清洗。
附图说明
图1为聚偏氟乙烯中空纤维膜。
图2为碳纳米管涂覆中空纤维改性膜实物图；
图3为碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面的低倍扫描电镜照片；
图4为实施例1所得的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面扫描电镜照片。
图5为实施例2所得的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜实物图；
图6为实施例2所得的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面的低倍扫描电镜照片；
图7为实施例2所得的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：制备碳纳米管涂覆中空纤维改性膜
用平均孔径为0.14μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜作为载体，制备碳纳米管涂覆中空纤维改性膜，步骤是：
第一步，载体的预处理
取4根长30cm，孔径为0.14μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜(见图1左边图)作为载体，用(质量百分比浓度)浓度为50％的异丙醇溶液浸泡24h，然后过滤去离子水清洗至中性并自然干燥得到处理好的载体；
第二步制备碳纳米管分散溶液：取9ml表面活性剂TritonX100加入1L去离子水中，然后加入1500mg碳纳米管，在水浴温度为40℃下超声分散30min得到碳纳米管分散溶液；
第三步制备负载碳纳米管的中空纤维改性膜：在温度为40℃、60r/min转速下用过滤涂覆法将碳纳米管分散溶液涂覆在处理好的载体上，涂覆6h后用去离子水清洗10min，悬挂自然晾干，得到负载碳纳米管的中空纤维改性膜。
从图2中可以看出：聚偏氟乙烯中空纤维膜上沉积了一层黑色的物质，扫描电镜照片(SEM)图4表明该黑色物质为多壁碳纳米管，制备的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面有一层碳纳米管，可以起到吸附截留污染物的作用。
实施例2：制备碳纳米管涂覆中空纤维改性膜。
用平均孔径为0.14μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜作为载体，制备碳纳米管涂覆中空纤维改性膜，步骤是：
第一步，载体的预处理
取10根长10cm，孔径为0.14μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜(见图1左边图)作为载体，用浓度为50％的异丙醇溶液浸泡24h，然后过滤去离子水清洗至中性并自然干燥得到处理好的载体；
第二步制备碳纳米管分散溶液：取4.5ml表面活性剂TritonX100加入500mL去离子水中，然后加入碳纳米管750mg，在水浴温度为40℃下超声分散30min得到碳纳米管分散液；
第三步制备负载碳纳米管的中空纤维改性膜：在温度为40℃、50r/min转速下用过滤涂覆法将碳纳米管分散溶液涂覆在处理好的载体上，涂覆6h后用去离子水清洗10min，悬挂自然晾干，得到负载碳纳米管的中空纤维改性膜。
图5为涂覆后的碳纳米管中空纤维膜，可以看出碳纳米管完全负载在载体上。
图6为低倍下扫描电镜照片，可以看出制备的碳纳米管涂覆中空纤维改性膜膜表面有一层致密的薄膜。
图7为高倍下扫描电镜照片，可以看出碳纳米管分散均匀，孔洞致密但并未堵塞滤水孔道，可以起到吸附截留污染物的作用，以达到减缓膜污染的目的。

Claims (4)

1.一种碳纳米管涂敷改性中空纤维膜的制备方法，其特征在于：
(1)载体的预处理：将作为载体的中空纤维膜用异丙醇溶液浸泡24h，然后用去离子水清洗至中性并自然干燥得到处理好的载体；所述中空纤维膜是聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜；
(2)制备碳纳米管分散溶液：将表面活性剂tritonX100加入去离子水中，然后加入碳纳米管，水浴超声分散得到碳纳米管分散液；所述表面活性剂tritonX100与去离子水体积比为9：1000，碳纳米管分散溶液中碳纳米管质量分数为0.75％～1.5％，水浴温度为40℃，超声分散时间为30min；
(3)制备负载碳纳米管的中空纤维膜：用过滤涂覆法将碳纳米管分散溶液涂覆在处理好的载体上，涂覆完成后用去离子水清洗10min，悬挂自然晾干，得到负载碳纳米管的中空纤维改性膜。
2.根据权利要求1所述碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述载体的预处理为将作为载体的中空纤维膜用质量百分比浓度为50％异丙醇溶液浸泡24h，然后用去离子水清洗10min，并自然干燥得到处理好的载体。
3.根据权利要求1所述碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述去离子水清洗方式为利用载体真空过滤去离子水进行清洗。
4.根据权利要求1所述碳纳米管涂覆改性中空纤维膜的制备方法，其特征在于，过滤涂覆法为：于40℃、40～60r/min条件下过滤涂覆6h。
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周丰等: "碳纳米管负载层结构对复合膜分离性能的影响研究", 《化工学报》 *

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