专利名称：聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于分离膜改性技术领域，特别是涉及一种聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法。
背景技术：
聚偏氟乙烯膜(PVDF)是一种性能优良的高分子聚合物分离膜，其超滤和微滤膜已成功地应用于化工、食品和水处理等领域。但是，在PVDF的应用过程中，由于其具有强疏水性和易污染性，因此在水基体系中的应用受到限制。因而，需要对PVDF进行改性研究以拓宽其应用领域。近年来，寻求PVDF的亲水改性方法已成为研究热点。其中因有机-无机杂化改性方法的操作过程简单、成本低，并且改性彻底，所以已成为亲水膜改性的主要方向。目前，用于改性PVDF的无机材料主要有纳米Al2O3、纳米SiO2、纳米TiO2、纳米氢氧化铝镁、CaCO3粒子、Zr02、LiClO4等。但是这些三维无机粒子的缺点是不易功能化，与PVDF的界面结合性比较差，从而导致膜的空间联系不足，影响膜的使用寿命和亲水改性效果。由于一维结构的碳纳米管易功能化且比表面高，因此已受到越来越多的关注，但其还未应用于膜的改性领域，另外，碳纳米材料的表面可接枝大量的含氧官能团，因此可有效改善复合膜的亲水性能，明显提高膜的纯水通量，因此具有较好的应用前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可有效提高聚偏氟乙烯的亲水性，且操作工艺简单的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法。为了达到上述目的，本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜由以重量份计的下列组分组成
聚偏氟乙烯10 20
N-N 二甲基乙酰胺60 80
碳纳米管(CNTs)O. I 3
聚乙烯吡咯烷酮2 5。所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的长径比为10 1500 1，表面含氧量为I. 2% 8%。所述的复合分离膜为微滤膜、超滤膜或纳滤膜。所述的复合分离膜为平板膜。本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的制备方法包括按顺序进行的下列步骤(I)将碳纳米管置于作为聚偏氟乙烯溶解剂的N-N 二甲基乙酰胺中，然后超声分散处理I 3小时；(2)然后加入聚偏氟乙烯和作为致孔剂的聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌5 24小时以得到碳纳米管分散均匀的铸膜液；(4)将脱泡后的铸膜液在15 30°C的温度下进行刮膜；(5)将刮膜后的铸膜液在空气中挥发10 100秒，之后慢慢放入去离子水中使其凝固成膜；(6)将膜从凝固液中取出，用去离子水冲洗干净，即可制成聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜。所述的聚偏氟乙烯、N-N 二甲基乙酰胺、碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮的重量比为10 20 60 80 O. I 3 2 5。本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜是利用超声加机械搅拌的方法使碳纳米管均匀分散到聚偏氟乙烯中，最后由湿法相转化法制得掺杂碳纳米管的聚偏氟乙烯复合膜，由于碳纳米管的加入能够很好地改善聚偏氟乙烯的表面能，增强膜的亲水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的纯水通量得到大幅度的提高；碳纳米管的加入对聚偏氟乙烯原来的优良特性没有影响，但增加了膜的空间联系，提高了膜的强度，延长了膜的使用寿命。此外，本制备方法工艺简单，操作方便。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法进行详细说明。实施例I :将O. 2g多壁碳纳米管(平均长径比为100 I，表面含氧量为6% )置于70gN_N二甲基乙酰胺中超声分散2. 5h，然后加入18g聚偏氟乙烯和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌24h，室温下静置脱泡24h，采用刮刀在洁净的玻璃板上刮膜，将膜预蒸发30s后浸入去离子水中至其凝固，然后反复用去离子水冲洗干净以脱除溶剂和致孔剂，即可制成聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜。将上述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜浸泡在去离子水中3 4天，然后真空干燥后进行性能测试，并与纯聚偏氟乙烯膜进行比较，测试结构表明，纯聚偏氟乙烯膜的接触角为80. 610°，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的接触角为53. 251°，由此可见，本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的亲水性明显提高。另外，纯聚偏氟乙烯膜的纯水通量为36. 5L/m2 · h，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量为104. 8L/m2 · h，可见聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量较纯聚偏氟乙烯膜也明显提高。实施例2 :将O. Ig多壁碳纳米管(平均长径比为500 I，表面含氧量为4% )置于60gN-N 二甲基乙酰胺中超声分散2h，然后加入15g聚偏氟乙烯和2g聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌24h，室温下静置脱泡24h，采用刮刀在洁净的玻璃板上刮膜，将膜预蒸发30s后浸入去离子水中至其凝固，然后反复用去离子水冲洗干净以脱除溶剂和致孔剂，即可制成聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜。
将上述 聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜浸泡在去离子水中3 4天，然后真空干燥后进行性能测试，并与纯聚偏氟乙烯膜进行比较，测试结构表明，纯聚偏氟乙烯膜的接触角为80. 61°，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的接触角为63.34°，由此可见，本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的亲水性明显提高。另外，纯聚偏氟乙烯膜的纯水通量为36. 5L/m2 · h，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量为83. 5L/m2 *h，可见聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量较纯聚偏氟乙烯膜也明显提高。实施例3 将O. 4g多壁碳纳米管(平均长径比为200 I，表面含氧量为5% )置于80gN_N二甲基乙酰胺中超声分散3h，然后加入20g聚偏氟乙烯和3g聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌24h，室温下静置脱泡24h，采用刮刀在洁净的玻璃板上刮膜，将膜预蒸发30s后浸入去离子水中至其凝固，然后反复用去离子水冲洗干净以脱除溶剂和致孔剂，即可制成聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜。将上述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合平板微滤膜浸泡在去离子水中3 4天，然后真空干燥后进行性能测试，并与纯聚偏氟乙烯膜进行比较，测试结构表明，纯聚偏氟乙烯膜的接触角为80. 61°，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的接触角为58.6°，由此可见，本发明提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的亲水性明显提高。另夕卜，纯聚偏氟乙烯膜的纯水通量为36. 5L/m2 · h，本实施例提供的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量为102. 8L/m2*h，可见聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的纯水通量较纯聚偏氟乙烯膜也明显提高。
权利要求
1.一种聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜，其特征在于所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜由以重量份计的下列组分组成聚偏氟乙烯10 20N-N 二甲基乙酰胺60 80碳纳米管(CNTs)O. I 3聚乙烯吡咯烷酮2 5。
2.根据权利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜，其特征在于所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的长径比为10 1500 1，表面含氧量为I. 2% 8%。
3.根据权利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜，其特征在于所述的复合分离膜为微滤膜、超滤膜或纳滤膜。
4.根据权利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜，其特征在于所述的复合分离膜为平板膜。
5.一种如权利要求I所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤 (1)将碳纳米管置于作为聚偏氟乙烯溶解剂的N-N二甲基乙酰胺中，然后超声分散处理I 3小时； (2)然后加入聚偏氟乙烯和作为致孔剂的聚乙烯吡咯烷酮，之后机械搅拌5 24小时以得到碳纳米管分散均匀的铸膜液； (3)将上述铸膜液在20 30°C的温度下静置I 3天脱泡； (4)将脱泡后的铸膜液在15 30°C的温度下进行刮膜； (5)将刮膜后的铸膜液在空气中挥发10 100秒，之后慢慢放入去离子水中使其凝固成膜； (6)将膜从凝固液中取出，用去离子水冲洗干净，即可制成聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜。
6.根据权利要求5所述的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜的制备方法，其特征在于所述的聚偏氟乙烯、N-N 二甲基乙酰胺、碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮的重量比为10 .20 60 80 O. I 3 2 5。
全文摘要
一种聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜及其制备方法。分离膜由以重量份计的下列组分组成聚偏氟乙烯10～20、N-N二甲基乙酰胺60～80、碳纳米管0.1～3和聚乙烯吡咯烷酮2～5。本发明的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合分离膜是利用超声加机械搅拌的方法使碳纳米管均匀分散到聚偏氟乙烯中，最后由湿法相转化法制得掺杂碳纳米管的聚偏氟乙烯复合膜，由于碳纳米管的加入能很好改善聚偏氟乙烯的表面能，增强膜的亲水性，提高膜的抗污染性，因此使得膜的纯水通量得到大幅度提高；碳纳米管的加入对聚偏氟乙烯原来的优良特性没有影响，但增加了膜的空间联系，提高了膜的强度，延长了膜的使用寿命。本制备方法工艺简单，操作方便。
文档编号B01D69/12GK102614784SQ201210096520
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者徐志伟, 李宝东, 杨彩云, 王春红, 王震, 赵玉芬, 钱晓明 申请人:天津工业大学