專利名稱：聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分離膜改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚偏氟乙烯膜(PVDF)是一種性能優(yōu)良的高分子聚合物分離膜，其超濾和微濾膜已成功地應(yīng)用于化工、食品和水處理等領(lǐng)域。但是，在PVDF的應(yīng)用過程中，由于其具有強(qiáng)疏水性和易污染性，因此在水基體系中的應(yīng)用受到限制。因而，需要對PVDF進(jìn)行改性研究以拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，尋求PVDF的親水改性方法已成為研究熱點。其中因有機(jī)-無機(jī)雜化改性方法的操作過程簡單、成本低，并且改性徹底，所以已成為親水膜改性的主要方向。目前，用于改性PVDF的無機(jī)材料主要有納米Al2O3、納米SiO2、納米TiO2、納米氫氧化鋁鎂、CaCO3粒子、Zr02、LiClO4等。但是這些三維無機(jī)粒子的缺點是不易功能化，與PVDF的界面結(jié)合性比較差，從而導(dǎo)致膜的空間聯(lián)系不足，影響膜的使用壽命和親水改性效果。由于一維結(jié)構(gòu)的碳納米管易功能化且比表面高，因此已受到越來越多的關(guān)注，但其還未應(yīng)用于膜的改性領(lǐng)域，另外，碳納米材料的表面可接枝大量的含氧官能團(tuán)，因此可有效改善復(fù)合膜的親水性能，明顯提高膜的純水通量，因此具有較好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可有效提高聚偏氟乙烯的親水性，且操作工藝簡單的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜及其制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜由以重量份計的下列組分組成
聚偏氟乙烯10 20
N-N 二甲基乙酰胺60 80
碳納米管(CNTs)O. I 3
聚乙烯吡咯烷酮2 5。所述的碳納米管為多壁碳納米管，多壁碳納米管的長徑比為10 1500 1，表面含氧量為I. 2% 8%。所述的復(fù)合分離膜為微濾膜、超濾膜或納濾膜。所述的復(fù)合分離膜為平板膜。本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的制備方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟(I)將碳納米管置于作為聚偏氟乙烯溶解劑的N-N 二甲基乙酰胺中，然后超聲分散處理I 3小時；(2)然后加入聚偏氟乙烯和作為致孔劑的聚乙烯吡咯烷酮，之后機(jī)械攪拌5 24小時以得到碳納米管分散均勻的鑄膜液；(4)將脫泡后的鑄膜液在15 30°C的溫度下進(jìn)行刮膜；(5)將刮膜后的鑄膜液在空氣中揮發(fā)10 100秒，之后慢慢放入去離子水中使其凝固成膜；(6)將膜從凝固液中取出，用去離子水沖洗干凈，即可制成聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜。所述的聚偏氟乙烯、N-N 二甲基乙酰胺、碳納米管和聚乙烯吡咯烷酮的重量比為10 20 60 80 O. I 3 2 5。本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜是利用超聲加機(jī)械攪拌的方法使碳納米管均勻分散到聚偏氟乙烯中，最后由濕法相轉(zhuǎn)化法制得摻雜碳納米管的聚偏氟乙烯復(fù)合膜，由于碳納米管的加入能夠很好地改善聚偏氟乙烯的表面能，增強(qiáng)膜的親水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的純水通量得到大幅度的提高；碳納米管的加入對聚偏氟乙烯原來的優(yōu)良特性沒有影響，但增加了膜的空間聯(lián)系，提高了膜的強(qiáng)度，延長了膜的使用壽命。此外，本制備方法工藝簡單，操作方便。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例I :將O. 2g多壁碳納米管(平均長徑比為100 I，表面含氧量為6% )置于70gN_N二甲基乙酰胺中超聲分散2. 5h，然后加入18g聚偏氟乙烯和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后機(jī)械攪拌24h，室溫下靜置脫泡24h，采用刮刀在潔凈的玻璃板上刮膜，將膜預(yù)蒸發(fā)30s后浸入去離子水中至其凝固，然后反復(fù)用去離子水沖洗干凈以脫除溶劑和致孔劑，即可制成聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜。將上述聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜浸泡在去離子水中3 4天，然后真空干燥后進(jìn)行性能測試，并與純聚偏氟乙烯膜進(jìn)行比較，測試結(jié)構(gòu)表明，純聚偏氟乙烯膜的接觸角為80. 610°，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的接觸角為53. 251°，由此可見，本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的親水性明顯提高。另外，純聚偏氟乙烯膜的純水通量為36. 5L/m2 · h，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量為104. 8L/m2 · h，可見聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量較純聚偏氟乙烯膜也明顯提高。實施例2 :將O. Ig多壁碳納米管(平均長徑比為500 I，表面含氧量為4% )置于60gN-N 二甲基乙酰胺中超聲分散2h，然后加入15g聚偏氟乙烯和2g聚乙烯吡咯烷酮，之后機(jī)械攪拌24h，室溫下靜置脫泡24h，采用刮刀在潔凈的玻璃板上刮膜，將膜預(yù)蒸發(fā)30s后浸入去離子水中至其凝固，然后反復(fù)用去離子水沖洗干凈以脫除溶劑和致孔劑，即可制成聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜。
將上述 聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜浸泡在去離子水中3 4天，然后真空干燥后進(jìn)行性能測試，并與純聚偏氟乙烯膜進(jìn)行比較，測試結(jié)構(gòu)表明，純聚偏氟乙烯膜的接觸角為80. 61°，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的接觸角為63.34°，由此可見，本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的親水性明顯提高。另外，純聚偏氟乙烯膜的純水通量為36. 5L/m2 · h，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量為83. 5L/m2 *h，可見聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量較純聚偏氟乙烯膜也明顯提高。實施例3 將O. 4g多壁碳納米管(平均長徑比為200 I，表面含氧量為5% )置于80gN_N二甲基乙酰胺中超聲分散3h，然后加入20g聚偏氟乙烯和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后機(jī)械攪拌24h，室溫下靜置脫泡24h，采用刮刀在潔凈的玻璃板上刮膜，將膜預(yù)蒸發(fā)30s后浸入去離子水中至其凝固，然后反復(fù)用去離子水沖洗干凈以脫除溶劑和致孔劑，即可制成聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜。將上述聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合平板微濾膜浸泡在去離子水中3 4天，然后真空干燥后進(jìn)行性能測試，并與純聚偏氟乙烯膜進(jìn)行比較，測試結(jié)構(gòu)表明，純聚偏氟乙烯膜的接觸角為80. 61°，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的接觸角為58.6°，由此可見，本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的親水性明顯提高。另夕卜，純聚偏氟乙烯膜的純水通量為36. 5L/m2 · h，本實施例提供的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量為102. 8L/m2*h，可見聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的純水通量較純聚偏氟乙烯膜也明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜，其特征在于所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜由以重量份計的下列組分組成聚偏氟乙烯10 20N-N 二甲基乙酰胺60 80碳納米管(CNTs)O. I 3聚乙烯吡咯烷酮2 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜，其特征在于所述的碳納米管為多壁碳納米管，多壁碳納米管的長徑比為10 1500 1，表面含氧量為I. 2% 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜，其特征在于所述的復(fù)合分離膜為微濾膜、超濾膜或納濾膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜，其特征在于所述的復(fù)合分離膜為平板膜。
5.一種如權(quán)利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟 (1)將碳納米管置于作為聚偏氟乙烯溶解劑的N-N二甲基乙酰胺中，然后超聲分散處理I 3小時； (2)然后加入聚偏氟乙烯和作為致孔劑的聚乙烯吡咯烷酮，之后機(jī)械攪拌5 24小時以得到碳納米管分散均勻的鑄膜液； (3)將上述鑄膜液在20 30°C的溫度下靜置I 3天脫泡； (4)將脫泡后的鑄膜液在15 30°C的溫度下進(jìn)行刮膜； (5)將刮膜后的鑄膜液在空氣中揮發(fā)10 100秒，之后慢慢放入去離子水中使其凝固成膜； (6)將膜從凝固液中取出，用去離子水沖洗干凈，即可制成聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜的制備方法，其特征在于所述的聚偏氟乙烯、N-N 二甲基乙酰胺、碳納米管和聚乙烯吡咯烷酮的重量比為10 .20 60 80 O. I 3 2 5。
全文摘要
一種聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜及其制備方法。分離膜由以重量份計的下列組分組成聚偏氟乙烯10～20、N-N二甲基乙酰胺60～80、碳納米管0.1～3和聚乙烯吡咯烷酮2～5。本發(fā)明的聚偏氟乙烯-碳納米管復(fù)合分離膜是利用超聲加機(jī)械攪拌的方法使碳納米管均勻分散到聚偏氟乙烯中，最后由濕法相轉(zhuǎn)化法制得摻雜碳納米管的聚偏氟乙烯復(fù)合膜，由于碳納米管的加入能很好改善聚偏氟乙烯的表面能，增強(qiáng)膜的親水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的純水通量得到大幅度提高；碳納米管的加入對聚偏氟乙烯原來的優(yōu)良特性沒有影響，但增加了膜的空間聯(lián)系，提高了膜的強(qiáng)度，延長了膜的使用壽命。本制備方法工藝簡單，操作方便。
文檔編號B01D69/12GK102614784SQ201210096520
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者徐志偉, 李寶東, 楊彩云, 王春紅, 王震, 趙玉芬, 錢曉明 申請人:天津工業(yè)大學(xué)