[发明专利]一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于改性超滤膜的制备技术领域，具体涉及一种亲水、导电、高渗透率以及高截留率的碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜及其制备方法。

背景技术

近年来，有机超滤膜技术以其简单、能耗小及高效等优点，在生物分离领域展现出较传统分离技术的独特优势。溶剂/非溶剂相转移是制备有机超滤膜最常采用的方法。即通过铸膜液配制、刮膜、溶剂/非溶剂交换等步骤，获得具有疏松指孔支撑层和致密表皮层的非对称结构超滤膜。实际使用时，为承受较高操作压力的需要，一般将超滤膜刮涂于无纺布支撑体表面。聚砜以其高机械强度、优越的成膜性以及良好的化学稳定性等特点，在有机超滤膜技术领域中应用较为广泛。然而，聚砜存在亲水性差、荷电响应性差、抗污染性差等缺点，必须对其进行改性。

一些纳米材料因其本身的亲水性及高度比表面能等特点，逐渐地被应用于聚砜膜材料的改性。通过将纳米材料与聚砜共混制备超滤膜，方法简单、膜综合性能优异。引发剂原位化学氧化聚合方法合成的碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维作为一种新型一维有机杂化材料，拥有良好的可润湿性、环境稳定性、高导电率、可加工性以及简易合成等诸多优点。（Liao Y Z, Zhang C, Strong V, Tang J S, Li X G, Kalantar-zadeh K, Hoek E M V, Wang K L, Kaner R B. Carbon nanotube/polyaniline composite nanofibers: Facile synthesis and chemosensors [J]. Nano Letters, 2011, 11(3): 954-959.）该杂化材料包含了两种纳米结构，一方面部分聚苯胺以碳纳米管为硬模板，形成了聚苯胺?碳纳米管“壳?核”纳米结构；另一方面，聚苯胺本身形成一维的纳米纤维，这两种纳米结构相互交错咬合，极大地延长了导电体系的共轭长度，使电子和载流子传输更为容易，因此制备的杂化纳米纤维的导电率可高达95.2S/cm。同时，由于聚苯胺纳米纤维优良的分散性，制备的杂化材料不仅在水、醇等溶剂中分散性良好，而且去掺杂态材料易溶解于极性有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和二甲基乙酰胺等。

因此，通过溶液共混将碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维与聚砜复合，通过相转移方法制备碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜，有望切实改善聚砜超滤膜的亲水性能、荷电性能、抗污染性能以及分离性能等。

发明内容

本发明的目的之一为了解决上述聚砜膜亲水性差、荷电响应性差、抗污染性差等技术问题而提供一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜，所制得的该复合超滤膜具有较多的氨基、亚胺基活性基团，拥有良好的亲水性、抗污染性、电导性以及机械强度等特点，可广泛适用于多种物质亲和超滤分离。

本发明的目的之二在于提供上述的一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜的制备方法。

    本发明的技术方案

    一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜，即以聚砜为基质成膜材料、碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维为填充剂，通过溶剂共混和相转移制备而成的碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜。

上述的一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜复合超滤膜的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、配制铸膜液

将聚砜加入第一溶剂，在50^oC下溶解制成聚砜溶液；

将碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维加入第二溶剂，在50^oC下超声分散6h，制成碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维分散液；

再将上述聚砜溶液与碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维分散液在50^oC下磁力搅拌24h共混均匀，再超声2h，形成铸膜液；

铸膜液中聚砜与碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维的质量百分比浓度均为15%；

所述的第一溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺；

所述的第二溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺，且第一溶剂与第二溶剂互为相溶；

          所述的碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维与聚砜的用量，按质量百分比

      计算，碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维：聚砜为0～50%：50～100%，即

所用的碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维含量为0～50%；

所述的碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维的直径为30～60nm、长度为1～2μm、导电率为0.47S/cm，且所述的碳纳米管增强聚苯胺纳米纤维中碳纳米管含量为40%；