一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有序介孔碳材料的制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法，包括如下步驟：將載體材料進行表面清潔、除油；浸沒于硝酸中進行氧化處理，然后使用蒸餾水清洗至中性；將碳源，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到無水乙醇中混合，室溫下攪拌均勻得到透明溶液，將不銹鋼絲網(wǎng)載體材料置于該透明溶液中掛取混合溶液，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料；老化、焙燒。本發(fā)明制備的有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜不僅解決了傳統(tǒng)粉末態(tài)吸附劑難以回收、易損耗及載體材料耐熱性差的難題，而且制備工藝簡單，在分離污染物的應(yīng)用方面具有廣闊的前景。
【專利說明】一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬有序介孔碳材料的制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]介孔碳是一類新型的非硅基介孔材料，具有巨大的比表面積(可高達2500m2/g)和孔體積(可高達2.25cm3/g)，孔隙率高、孔徑分布窄、孔徑易于調(diào)節(jié)、孔道表面易于修飾等特點，因此其在催化、分離、醫(yī)藥、環(huán)境、功能復(fù)合材料等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景，成為多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域之一。介孔碳材料本身是粉體，應(yīng)用過程中通常采用懸浮體系，使用形式是將介孔碳材料混入溶液中。懸浮體系具有與被分離物質(zhì)接觸充分等優(yōu)點，但缺點也是顯而易見的，由于介孔碳顆粒極為小，在使用過程中存在易凝聚、難回收、損失大等不足。為了使介孔碳更加方便的應(yīng)用于實際，人們將研究重點集中到對介孔碳的固定化研究。如申請?zhí)枮?01210236474.7的中國專利申請《一種有序介孔碳-活性碳纖維氈復(fù)合材料的制法和應(yīng)用》提出用碳纖維氈作為基體材料，在其上面制備介孔碳。但是，在高溫焙燒去除模板劑時碳纖維氈即會碳化而易碎。不銹鋼絲網(wǎng)由于具有多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大和強度大等優(yōu)良特性通常被選作分離支撐載體，經(jīng)過表面氧化預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)，易于與介孔碳結(jié)合，從而可在不銹鋼絲網(wǎng)的表面覆蓋一層介孔碳膜，從而達到高效分離污染物的目的。在不銹鋼絲網(wǎng)表面制備介孔碳膜的工作是一個全新的嘗試，目前，還沒有這方面的研究還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在與為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的方法。
[0004]介孔碳與不銹鋼絲網(wǎng)在物理、性質(zhì)等方面存在很大差別，因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，以不銹鋼絲網(wǎng)為基體材料，以HNO3溶液對不銹鋼表面進行預(yù)處理，然后利用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)的方法制備有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜，并利用制備得到的分離膜進行多種污染水體的分離應(yīng)用，取得了理想的分離效果。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法，以經(jīng)預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)為基體材料，以商業(yè)化酚醛樹脂為碳源，三嵌段共聚物(EOici6-PO7c1-EOltl6, F127)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，利用揮發(fā)-誘導(dǎo)自組裝方法制備得到有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜。
[0007]—種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法，包括如下步驟:
[0008]( I)將載體材料進行表面清潔、除油；
[0009](2)將步驟(I)得到的表面干凈的載體材料浸沒于硝酸中進行氧化處理，然后使用蒸餾水清洗至中性；
[0010](3)將碳源，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到無水乙醇(EtOH)中混合，室溫下攪拌均勻得到透明溶液，然后將步驟(2)預(yù)處理后的不同目數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)載體材料置于該透明溶液中掛取混合溶液，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料；
[0011](4)將步驟(3)中揮發(fā)后的掛膜載體材料放入干燥箱中老化；
[0012](5)最后將老化后的掛膜載體材料置于氮氣氣氛下焙燒，即可獲得介孔碳復(fù)合載體材料高效分離膜。
[0013]所述的載體材 料選自不同目數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)。
[0014]所述的步驟(1)中的表面清潔是用去離子水清洗，除油采用洗潔精。
[0015]所述的步驟(2)中硝酸的為發(fā)煙硝酸，氧化處理時間為24h。
[0016]所述的步驟(3)中碳源為酚醛樹脂，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為F127，其中碳源:結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑:乙醇的質(zhì)量比為=1: 0-1.5): (2~20)。
[0017]所述的步驟(3)中掛取混合溶液的厚度為10 μ m-200 μ m。
[0018]所述的步驟(4)中老化溫度為10(Tl50°C，老化時間為12~24h。
[0019]所述的步驟(5)中氮氣流速為100ml/min，焙燒溫度為35(T900°C，時間為6h。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明所選用的不銹鋼絲網(wǎng)基體材料具有延展性好、耐酸堿腐蝕、易加工成型等優(yōu)良特性。通過氧化處理使不銹鋼絲網(wǎng)表面性質(zhì)發(fā)生了改變，有利于介孔碳在其表面上的自組裝成膜。本發(fā)明制備的有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜不僅解決了傳統(tǒng)粉末態(tài)吸附劑難以回收、易損耗及載體材料耐熱性差的難題，而且制備工藝簡單，在分離污染物的應(yīng)用方面具有廣闊的前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例中使用的不銹鋼絲網(wǎng)基材的SEM照片。
[0023]圖2為本發(fā)明中實施例中的有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的SEM照片
[0024]圖3為本發(fā)明中實施例中的不銹鋼絲網(wǎng)基材上刮下的有序介孔碳的TEM照片
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明:
[0026]將不銹鋼絲網(wǎng)基體材料進行表面清潔、除油工作；
[0027]將表面干凈的不銹鋼絲網(wǎng)浸沒于HNO3溶液中進行氧化處理，然后進行清洗至中性；
[0028]以商業(yè)化酚醛樹脂(FR)為碳源，F(xiàn)127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，同時加入無水乙醇(EtOH)，按照FR:F127:EtOH=l:(廣1.5): (2^20)的質(zhì)量比混合，室溫下攪拌一定時間，將預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)置于所得透明溶液中掛取一定厚度的混合液，室溫下?lián)]發(fā)；
[0029]將揮發(fā)后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料放入干燥箱中老化一定時間；
[0030]最后將老化后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料置于氮氣氣氛下焙燒一定時間，即可獲得產(chǎn)品O
[0031]實施例1
[0032](I)將不銹鋼絲網(wǎng)基體材料進行表面清潔、除油工作；
[0033](2)將步驟(1)得到的表面干凈的不銹鋼絲網(wǎng)浸沒于發(fā)煙HNO3溶液中進行氧化處理12h，然后用去離子水進行超聲清洗至中性；
[0034](3)稱取2g F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到4g無水乙醇(EtOH)，室溫下攪拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商業(yè)化酚醛樹脂(FR)為碳源(其中，F(xiàn)R:F127:Et0H的質(zhì)量比為1:1:2)，再攪拌Ih得到透明溶液，將預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)(100目)置于所得透明溶液中掛取二次，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料，混合液膜厚約200 μ m ;
[0035](4)將揮發(fā)后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料放入干燥箱中100°C老化12h ；
[0036](5)最后將老化后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料置于氮氣氣氛下350°C焙燒6h，其中氮氣流速為100ml/min，即可獲得產(chǎn)品。
[0037]其中，圖1是不銹鋼絲網(wǎng)的SEM照片，放大倍數(shù)為500倍，每一根絲上光滑平整。
[0038]圖2為本發(fā)明中實施例中的有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的SEM照片。在不銹鋼絲網(wǎng)上負載一定厚度的介孔碳后，可以看到鋼絲表面負載了一層碳。
[0039]圖3是本發(fā)明中實施例中的不銹鋼絲網(wǎng)基材上刮下的介孔碳的TEM照片，結(jié)合N2吸附測試后得到介孔的孔徑在2.5nm左右，是一種孔徑小且規(guī)則有序的介孔碳，可以高效分離污染物。
[0040]實施例2
[0041](I)將不銹鋼絲網(wǎng)基體材料進行表面清潔、除油工作；
[0042](2)將步驟(I)得到的表面干凈的不銹鋼絲網(wǎng)浸沒于發(fā)煙HNO3溶液中進行氧化處理12h，然后用去離子水進行超聲清洗至中性；
[0043](3)稱取2.4g F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到8g無水乙醇(EtOH)，室溫下攪拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商業(yè)化酚醛樹脂(FR)為碳源(其中，F(xiàn)R:F127:Et0H的質(zhì)量比為1:1.2:8)，再攪拌Ih得到透明溶液，將預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)(800目)置于所得透明溶液中掛取兩次，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料，混合液膜厚大約在50 μ m左右；
[0044](4)將揮發(fā)后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料放入干燥箱中110°C老化12h ；
[0045](5)最后將老化后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料置于氮氣氣氛下600°C焙燒6h，其中氮氣流速為100ml/min，即可獲得產(chǎn)品。
[0046]實施例3
[0047](I)將不銹鋼絲網(wǎng)基體材料進行表面清潔、除油工作；
[0048](2)將步驟(I)得到的表面干凈的不銹鋼絲網(wǎng)浸沒于發(fā)煙HNO3溶液中進行氧化處理24h，然后用去離子水進行超聲清洗至中性；
[0049](3)稱取2.8g F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到12g無水乙醇(EtOH)，室溫下攪拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商業(yè)化酚醛樹脂(FR)為碳源(其中，F(xiàn)R:F127:Et0H的質(zhì)量比為1:1.4:14)，再攪拌Ih得到透明溶液，將預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)(2000目)置于所得透明溶液中掛取三次，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料，混合液膜厚約80 μ m左右；
[0050](4)將揮發(fā)后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料放入干燥箱中130°C老化24h ；
[0051](5)最后將老化后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料置于氮氣氣氛下700°C焙燒6h，其中氮氣流速為100ml/min，即可獲得產(chǎn)品。
[0052]實施例4
[0053](I)將不銹鋼絲網(wǎng)基體材料進行表面清潔、除油工作；
[0054](2)將步驟(I)得到的表面干凈的不銹鋼絲網(wǎng)浸沒于發(fā)煙HNO3溶液中進行氧化處理24h，然后用去離子水進行超聲清洗至中性；
[0055](3)稱取3g F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到16g無水乙醇(EtOH)，室溫下攪拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商業(yè)化酚醛樹脂(FR)為碳源(其中，F(xiàn)R:F127:Et0H的質(zhì)量比為1:1.5:20)，再攪拌Ih得到透明溶液，將預(yù)處理后的不銹鋼絲網(wǎng)(5000目)置于所得透明溶液中掛取一次混合液，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料，混合液膜厚約10 μ m左右；
[0056](4)將揮發(fā)后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料放入干燥箱中150°C老化24h ；
[0057](5)最后將老化后的不銹鋼絲網(wǎng)掛膜材料置于氮氣氣氛下900°C焙燒6h，其中氮氣流速為100ml/min，即可獲得產(chǎn)品。
[0058]上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有序介孔碳-不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合分離膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將載體材料進行表面清潔、除油； (2)將步驟(1)得到的表面干凈的載體材料浸沒于硝酸中進行氧化處理，然后使用蒸餾水清洗至中性； (3)將碳源，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，加入到無水乙醇中混合，室溫下攪拌均勻得到透明溶液，然后將步驟(2)預(yù)處理后的不同目數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)載體材料置于該透明溶液中掛取混合溶液，室溫下?lián)]發(fā)后，得到掛膜載體材料； (4)將步驟(3)中揮發(fā)后的掛膜載體材料放入干燥箱中老化； (5)最后將老化后的掛膜載體材料置于氮氣氣氛下焙燒，即可獲得介孔碳復(fù)合載體材料高效分離膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的載體材料選自不銹鋼絲網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(1)中的表面清潔是用去離子水清洗，除油采用洗潔精。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中硝酸的為發(fā)煙硝酸，氧化處理時間為24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(3)中碳源為酚醛樹脂，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為F127，其中碳源:結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑:乙醇的質(zhì)量比為=1: (f 1.5): (2^20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(3)中掛取混合溶液的厚度為 10 μ m-200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(4)中老化溫度為10(Tl50°C，老化時間為12~24h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的步驟(5)中氮氣流速為100ml/min，焙燒溫度為35(T900°C，時間為6h。
【文檔編號】B01D69/12GK103933869SQ201310023943
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】范建偉, 閔弘揚, 李丹丹, 姜序 申請人:同濟大學(xué)