具有选择性吸附银离子的过滤膜的制备方法与流程

1.本发明涉及一种过滤膜，尤其涉及一种具有选择性吸附银离子的过滤膜的制备方法。


背景技术：

2.重金属污染已经成为威胁生命甚至人类生存的世界性严重问题。与汽车制造、电镀、金属净化、镀锌、涂层、油漆、化工、电子、制药和电池制造相关的工业废水是最常见的重金属污染源。由于银的许多优点，如抗菌、抗真菌、抗病毒、抗炎、抗血管生成和抗癌，以及高导电性和灵敏性，银已被广泛应用于许多工业应用中。然而，从工业产品（如硬币、洗涤剂、纺织品、玩具、猪宝、化妆品和医疗器械）中释放的过量银可能对人类健康和环境造成风险；因此，从废水中去除这种元素是一个重要的目标。
3.碳纳米管为石墨烯卷绕而成的无缝管状结构，具有中空的内腔和层状结构、大的比表面积、高的热稳定性和化学稳定性，作为一种新型的吸附材料有其独特的优势。它不仅在材料科学和化学中得到了广泛的应用，而且对很多物质有一定的吸附能力，作为吸附剂在处理环境污染方面有良好的发展前景。利用碳纳米管（cnts）制备坚固的膜状结构的能力可以在分离技术中带来广泛的应用，特别是考虑到碳纳米管表面的选择性和吸附特性，因此将碳纳米管薄膜用于过滤分离是一个重要的发展方向。为了使碳纳米管薄膜能够选择性的吸附物质，可以通过改变膜表面的化学性质和物理性质，可以通过电化学的氧化还原反应，也可以在膜中添加兼容的吸附性物质，以提高过滤膜的选择性。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述缺陷，提供一种具有选择性吸附银离子的过滤膜的制备方法，该方法将碳纳米管制备成薄膜，对其等离子处理使其具备亲水，再浸泡饱和碳酸氢钠溶液改变其物理形貌，最后在其内部镶嵌纳米二氧化硅颗粒，使过滤膜具有了特异性吸附，能选择性吸附银离子，是一种具有前途的吸附材料。
5.为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，这种具有选择性吸附银离子的过滤膜的制备方法包括：第一步、将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面清洗处理，得到羟基化的碳纳米管薄膜；第二步、将第一步的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，完成清洗后进行干燥，得到分层的碳纳米管薄膜；第三步、将分层的碳纳米管薄膜浸泡在溶解有二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
6.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述碳纳米管薄膜膜厚15
‑
25μm，孔径70
‑
100nm。
7.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述等离子清洗机处理条件为，功率70w，时间100s。
8.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述恒温水浴磁力搅拌器条件为，水浴温度70℃，时间2h，转速400rpm。
9.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述浸泡饱和碳酸氢钠溶液后，发泡厚度3
‑
5mm。
10.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第二步中干燥温度为50℃，第三步中干燥温度为50℃。
11.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述溶解有二氧化硅溶胶的乙醇溶液体积比为，无水乙醇：二氧化硅溶胶=50：1。
12.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述水浴超声处理条件为水浴温度40℃、时间30min、功率560w。
13.本发明的有益效果是：1、本发明将碳纳米管薄膜进行等离子处理，在薄膜表面接枝了羟基，提高了亲水性，使其能过吸水并过滤溶液；2、本发明将碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，使碳纳米管薄膜分层，形成空腔，有利于银离子的选择性吸附；3、本发明将碳纳米管薄膜与纳米二氧化硅相结合，将纳米二氧化硅生长在薄膜里外，对银离子进行特异性吸附；4、本发明制得的碳纳米管过滤膜，具有优良的机械性能，并对ag
+
有特异性吸附和分离能力，是一种具有前途的吸附材料；5、本发明工艺简单、操作方便且条件温和，制备产物吸附容量大并能选择性吸附银离子，具有优良的生物学相容性。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
15.图1 为过滤装置示意图；图2 为等离子处理后碳纳米管表面的sem图；图3 为浸泡饱和碳酸氢钠后的分层碳纳米管薄膜；图4 为生长有纳米二氧化硅的碳纳米管过滤膜的sem图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.这种具有选择性吸附银离子的过滤膜的制备方法，该方法将碳纳米管制备成薄膜，对其等离子处理使其具备亲水，再浸泡饱和碳酸氢钠溶液改变其物理形貌，最后在其内部镶嵌纳米二氧化硅颗粒，使过滤膜具有了特异性吸附，能选择性吸附银离子，是一种具有
前途的吸附材料。
18.实施例1：本实例中，将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面处理，然后浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，干燥后，浸泡在溶解有纳米二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
19.上面所述具有选择性吸附银离子的过滤膜具体制备步骤如下：步骤（1）制备羟基化碳纳米管薄膜：本次所选碳纳米管薄膜的厚度为15μm
‑
25μm,孔径为70
‑
100nm。具体实验步骤如下：将碳纳米管薄膜裁剪成符合过滤器的形状大小，然后固定在托盘中，等离子清洗机参数设置为：功率70w，清洗时间100s，一面清洗完后，拿出重复操作，进行双面等离子清洗，得到羟基化的碳纳米管薄膜。
20.步骤（2）制备饱和碳酸氢钠溶液：向去离子水中加入足量的碳酸氢钠固体直到无法再溶解，所得的上清液就是饱和碳酸氢钠溶液。
21.步骤（3）分层碳纳米管薄膜的制备：将双面等离子清洗的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，并进行恒温水浴磁力搅拌，实验条件为：水浴温度60℃，时间2h，转速400rpm。处理完毕将碳纳米管薄膜取出，可见薄膜鼓起来，形成分层结构，然后用去离子水冲洗薄膜两面，清洗掉残留溶质，以防干燥后表面残留碳酸钠结晶，在50℃干燥箱中烘干，即得到分层的碳纳米管薄膜。
22.步骤（4）纳米二氧化硅溶液的配置：量取50ml无水乙醇，然后用胶头滴管吸取1ml纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶滴入无水乙醇中，在超声仪中超声处理30min，使纳米二氧化硅溶胶分散均匀，得到纳米二氧化硅溶液。
23.步骤（5）在碳纳米管薄膜上生长纳米二氧化硅颗粒：将干燥后的分层碳纳米管薄膜浸泡在纳米二氧化硅溶液中，进行恒温水浴超声处理，处理条件为：水浴温度40℃，时间30min，功率560w。处理完毕后将碳纳米管薄膜取出，放入50℃干燥箱中烘干，即得到生长有纳米二氧化硅的碳纳米管薄膜。
24.实施例2：本实例中，将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面处理，然后浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，干燥后，浸泡在溶解有纳米二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
25.上面所述具有选择性吸附银离子的过滤膜具体制备步骤如下：步骤（1）制备羟基化碳纳米管薄膜：本次所选碳纳米管薄膜的厚度为15μm
‑
25μm,孔径为70
‑
100nm。具体实验步骤如下：将碳纳米管薄膜裁剪成符合过滤器的形状大小，然后固定在托盘中，等离子清洗机参数设置为：功率70w，清洗时间100s，一面清洗完后，拿出重复操作，进行双面等离子清洗，得到羟基化的碳纳米管薄膜；步骤（2）制备饱和碳酸氢钠溶液：向去离子水中加入足量的碳酸氢钠固体直到无法再溶解，所得的上清液就是饱和碳酸氢钠溶液；步骤（3）分层碳纳米管薄膜的制备：将双面等离子清洗的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，并进行恒温水浴磁力搅拌，实验条件为：水浴温度70℃，时间2h，转速
400rpm。处理完毕将碳纳米管薄膜取出，可见薄膜鼓起来，形成分层结构，然后用去离子水冲洗薄膜两面，清洗掉残留溶质，以防干燥后表面残留碳酸钠结晶，在50℃干燥箱中烘干，即得到分层的碳纳米管薄膜；步骤（4）纳米二氧化硅溶液的配置：量取100ml无水乙醇，然后用胶头滴管吸取1ml纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶滴入无水乙醇中，在超声仪中超声处理30min，使纳米二氧化硅溶胶分散均匀，得到纳米二氧化硅溶液；步骤（5）在碳纳米管薄膜上生长纳米二氧化硅颗粒：将干燥后的分层碳纳米管薄膜浸泡在纳米二氧化硅溶液中，进行恒温水浴超声处理，处理条件为：水浴温度40℃，时间30min，功率560w。处理完毕后将碳纳米管薄膜取出，放入50℃干燥箱中烘干，即得到生长有纳米二氧化硅的碳纳米管薄膜。
26.实施例3：本实例中，将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面处理，然后浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，干燥后，浸泡在溶解有纳米二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
27.上面所述具有选择性吸附银离子的过滤膜具体制备步骤如下：步骤（1）制备羟基化碳纳米管薄膜：本次所选碳纳米管薄膜的厚度为15μm
‑
25μm,孔径为70
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100nm。具体实验步骤如下：将碳纳米管薄膜裁剪成符合过滤器的形状大小，然后固定在托盘中，等离子清洗机参数设置为：功率70w，清洗时间100s，一面清洗完后，拿出重复操作，进行双面等离子清洗，得到羟基化的碳纳米管薄膜；步骤（2）制备饱和碳酸氢钠溶液：向去离子水中加入足量的碳酸氢钠固体直到无法再溶解，所得的上清液就是饱和碳酸氢钠溶液；步骤（3）分层碳纳米管薄膜的制备：将双面等离子清洗的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，并进行恒温水浴磁力搅拌，实验条件为：水浴温度80℃，时间2h，转速400rpm。处理完毕将碳纳米管薄膜取出，可见薄膜鼓起来，形成分层结构，然后用去离子水冲洗薄膜两面，清洗掉残留溶质，以防干燥后表面残留碳酸钠结晶，在50℃干燥箱中烘干，即得到分层的碳纳米管薄膜；步骤（4）纳米二氧化硅溶液的配置：量取100ml无水乙醇，然后用胶头滴管吸取1ml纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶滴入无水乙醇中，在超声仪中超声处理30min，使纳米二氧化硅溶胶分散均匀，得到纳米二氧化硅溶液；步骤（5）在碳纳米管薄膜上生长纳米二氧化硅颗粒：将干燥后的分层碳纳米管薄膜浸泡在纳米二氧化硅溶液中，进行恒温水浴超声处理，处理条件为：水浴温度40℃，时间30min，功率560w。处理完毕后将碳纳米管薄膜取出，放入50℃干燥箱中烘干，即得到生长有纳米二氧化硅的碳纳米管薄膜。
28.实施例4:本实例中，将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面处理，然后浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，干燥后，浸泡在溶解有纳米二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
29.上面所述具有选择性吸附银离子的过滤膜具体制备步骤如下：步骤（1）制备羟基化碳纳米管薄膜：本次所选碳纳米管薄膜的厚度为15μm
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25μm,孔径为70
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100nm。具体实验步骤如下：将碳纳米管薄膜裁剪成符合过滤器的形状大小，然后固定在托盘中，等离子清洗机参数设置为：功率70w，清洗时间100s，一面清洗完后，拿出重复操作，进行双面等离子清洗，得到羟基化的碳纳米管薄膜；步骤（2）制备饱和碳酸氢钠溶液：向去离子水中加入足量的碳酸氢钠固体直到无法再溶解，所得的上清液就是饱和碳酸氢钠溶液；步骤（3）分层碳纳米管薄膜的制备：将双面等离子清洗的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，并进行恒温水浴磁力搅拌，实验条件为：水浴温度70℃，时间2h，转速400rpm。处理完毕将碳纳米管薄膜取出，可见薄膜鼓起来，形成分层结构，然后用去离子水冲洗薄膜两面，清洗掉残留溶质，以防干燥后表面残留碳酸钠结晶，在50℃干燥箱中烘干，即得到分层的碳纳米管薄膜；步骤（4）纳米二氧化硅溶液的配置：量取200ml无水乙醇，然后用胶头滴管吸取1ml纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶滴入无水乙醇中，在超声仪中超声处理30min，使纳米二氧化硅溶胶分散均匀，得到纳米二氧化硅溶液；步骤（5）在碳纳米管薄膜上生长纳米二氧化硅颗粒：将干燥后的分层碳纳米管薄膜浸泡在纳米二氧化硅溶液中，进行恒温水浴超声处理，处理条件为：水浴温度40℃，时间30min，功率560w。处理完毕后将碳纳米管薄膜取出，放入50℃干燥箱中烘干，即得到生长有纳米二氧化硅的碳纳米管薄膜。
30.实施例5：本实例中，将碳纳米管薄膜放入等离子清洗机，进行双面处理，然后浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，在恒温水浴磁力搅拌器中进行搅拌，用去离子水清洗表面，干燥后，浸泡在溶解有纳米二氧化硅溶胶的乙醇溶液中，进行水浴超声处理，最后拿出进行干燥，即得具有选择性吸附银离子的过滤膜。
31.上面所述具有选择性吸附银离子的过滤膜具体制备步骤如下：步骤（1）制备羟基化碳纳米管薄膜：本次所选碳纳米管薄膜的厚度为15μm
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25μm,孔径为70
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100nm。具体实验步骤如下：将碳纳米管薄膜裁剪成符合过滤器的形状大小，然后固定在托盘中，等离子清洗机参数设置为：功率70w，清洗时间100s，一面清洗完后，拿出重复操作，进行双面等离子清洗，得到羟基化的碳纳米管薄膜；步骤（2）制备饱和碳酸氢钠溶液：向去离子水中加入足量的碳酸氢钠固体直到无法再溶解，所得的上清液就是饱和碳酸氢钠溶液；步骤（3）分层碳纳米管薄膜的制备：将双面等离子清洗的碳纳米管薄膜浸泡在饱和碳酸氢钠溶液中，并进行恒温水浴磁力搅拌，实验条件为：水浴温度80℃，时间2h，转速400rpm。处理完毕将碳纳米管薄膜取出，可见薄膜鼓起来，形成分层结构，然后用去离子水冲洗薄膜两面，清洗掉残留溶质，以防干燥后表面残留碳酸钠结晶，在50℃干燥箱中烘干，即得到分层的碳纳米管薄膜。
32.步骤（4）纳米二氧化硅溶液的配置：量取200ml无水乙醇，然后用胶头滴管吸取1ml纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶滴入无水乙醇中，在超声仪中超声处理30min，使纳米二氧化硅溶胶分散均匀，得到纳米二氧化硅溶液。
33.步骤（5）在碳纳米管薄膜上生长纳米二氧化硅颗粒：将干燥后的分层碳纳米管薄膜浸泡在纳米二氧化硅溶液中，进行恒温水浴超声处理，处理条件为：水浴温度40℃，时间30min，功率560w。处理完毕后将碳纳米管薄膜取出，放入50℃干燥箱中烘干，即得到生长有纳米二氧化硅的碳纳米管薄膜。
34.实例2、3、4、5与实例1相比改变了浸泡饱和碳酸氢钠的水浴温度和无水乙醇与纳米二氧化硅溶胶的比值，其5个实例体积比（无水乙醇：纳米二氧化硅溶胶）分别是50：1、100：1、100：1、200：1、200：1，其余操作步骤和制作方法完全相同。
35.称取氯化钠、氯化钾、硝酸银各0.1g，并分别溶解于100ml水中配制成各自的溶液，将过滤装置搭建好，放上制备所得的碳纳米管过滤膜，分别过滤这三种溶液，滤液用紫外分光光度计检测其中钠离子、钾离子和银离子吸光度的峰值变化。
36.五个实施例制备的碳纳米管过滤膜，分别用相同浓度氯化钠溶液、氯化钾溶液和硝酸银溶液进行过滤，滤液进行紫外分光光度计检测后发现，对比过滤前的溶液，在钠离子和钾离子的吸光度位置波峰略微下降，而银离子的吸光度位置波峰下降很多，说明所制备的过滤膜对银离子具有选择性吸附的能力。
37.对比实例1
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5的实验结果，发现随着无水乙醇和纳米二氧化硅的比值的增大，即溶液中纳米二氧化硅浓度低，银离子吸光度位置的波峰下降越少，即在一定浓度范围内，对银离子的吸附能力随着纳米二氧化硅的浓度增加而增加。
38.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。