專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碳納米管-聚合物雜化膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管-聚合物雜化膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，近幾十年來(lái)發(fā)展迅速，已經(jīng)在能源、水處理、化工、 生物、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δげ牧虾湍そY(jié)構(gòu)的要求各有 不相同。聚合物膜因其良好的性能而被普遍使用。對(duì)于氣體和液體分離膜而言，提高膜的 滲透性和選擇性一直是國(guó)內(nèi)外研究人員不斷探索的目標(biāo)。但對(duì)一般聚合物膜而言，滲透性 和選擇性很難同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。碳納米管是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的一維量子材料，導(dǎo)電性好，比 表面積大，具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能，特別是它的內(nèi)壁比其它材料光滑許多，減小了 擴(kuò)散阻力，有利于物質(zhì)的傳輸。因此，研究人員嘗試在聚合物中加入碳納米管，制備碳納米 管_聚合物雜化膜，以改進(jìn)純聚合物膜的性能。然而，由于碳納米管的惰性表面、管與管之 間固有的范德華力、極大的比表面積和長(zhǎng)徑比，碳納米管幾乎不溶于任何溶劑，在溶液中易 聚集成束，難以在聚合物基體中分散均勻，大大限制了其在碳納米管雜化膜制備方面的應(yīng) 用。美國(guó)《科學(xué)》(Science，2004，303 =62-65.)介紹了用催化化學(xué)氣相沉積法制備納 米多孔結(jié)構(gòu)規(guī)整的碳納米管-聚合物苯乙烯雜化膜，證實(shí)液體(烷烴、水)在雜化膜中的傳 輸速度比傳統(tǒng)的增加了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。但制備規(guī)整排列的碳納米管雜化膜的過(guò)程昂貴、繁 瑣，并且局限于小規(guī)模的生產(chǎn)。荷蘭《膜科學(xué)雜志》(Journalof Membrane Science，2007，294 :147_158·)介紹了 將碳納米管與聚砜基體溶液直接共混制備碳納米管_聚合物雜化膜。但是需先將羧基化的 碳納米管與十八烷基胺(ODA)在393Κ下進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)96h的反應(yīng)以形成兩性離子，以利于碳納 米管在聚合物中的分散，增加了制備時(shí)間和操作成本。荷蘭《膜科學(xué)雜志》(Journalof Membrane Science，2008，319 :102_110·)介紹了 用原位聚合法制備具有物質(zhì)傳輸性能和熱敏形狀記憶的碳納米管-聚氨酯雜化膜。所用的 碳納米管為羧基化的多壁碳納米管，將其直接分散在聚合物單體的溶液中，然后引發(fā)聚合 形成碳納米管-聚氨酯雜化膜。但是碳管在其含量?jī)H為3wt%時(shí)就出現(xiàn)了不均勻分散，降低 了膜的形狀記憶性能。荷蘭《膜科學(xué)雜志》(Journalof Membrane Science，2009，342 :165_172·)介紹了 用相轉(zhuǎn)化法制備分散良好的碳納米管-聚砜雜化膜。但是需要在氮?dú)夥諊掠卯惽杷狨ゼ?異酞酰氯基團(tuán)對(duì)羧基化的碳納米管進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)48h的功能化改性，耗時(shí)且工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的碳納米管_聚合物雜化膜。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述碳納米管_聚合物雜化膜的制備方法。本發(fā)明提供了一種碳納米管_聚合物雜化膜，其分子結(jié)構(gòu)中碳納米管與聚合物間通過(guò)兩性離子對(duì)連接，形成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的空間網(wǎng)絡(luò)，從而使得碳納米管更均勻的分散在 聚合物中，此交聯(lián)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1. 一種碳納米管-聚合物雜化膜，其特征在于，雜化膜分子結(jié)構(gòu)中碳納米管與聚合物 間通過(guò)兩性離子對(duì)連接，形成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的空間網(wǎng)絡(luò)，此交聯(lián)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式為
2.—種權(quán)利要求1所述的碳納米管-聚合物雜化膜的制備方法，包括首先，配制鑄膜 液；其次，將配制好的鑄膜液靜置脫泡后，置于底物上，流動(dòng)并擴(kuò)展；最后，將上述涂有聚合 物溶液的底物呈水平放置浸入不良溶劑中；其特征在于，所述鑄膜液的配制，是按每克芐基 溴化的聚苯醚溶解于3. 0 4. 5ml的其良溶劑中，攪拌的條件下，逐滴加入濃度為0. 1 3mol/L的胺的有機(jī)溶液，使芐基溴代聚苯醚的重復(fù)單元與所加入的胺的摩爾比為3 15 1，在10 60°C下反應(yīng)5 60分鐘后，加入羧基化的碳納米管，加入量不超過(guò)芐基溴 化聚苯醚質(zhì)量的10%，電磁攪拌5 100分鐘后，再超聲5 200分鐘，得到均相溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的良溶劑是N-甲基-2-吡咯烷 酮、四氫呋喃中的任一種，或者它們的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的不良溶劑是水或甲醇或乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的胺為叔胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的胺是三甲胺、三乙胺、三丙胺、 三丁胺、三乙醇胺、三異丙醇胺、甲基二乙醇胺或者二甲基乙醇胺中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的胺的有機(jī)溶液是N、N-二甲基 甲酰胺、N、N- 二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或者四氫呋喃中的一種或者幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，加入的胺為三甲胺，其有機(jī)溶液制備 是將三甲胺從其飽和水溶液中蒸出，用有機(jī)溶劑吸收至飽和，再用有機(jī)溶劑調(diào)節(jié)至所需濃 度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，鑄膜液置于底物上，流動(dòng)并擴(kuò)展的時(shí) 間不超過(guò)5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管-聚合物雜化膜及其制備方法。該碳納米管-聚合物雜化膜的特征在于雜化膜分子結(jié)構(gòu)中碳納米管與聚合物間通過(guò)兩性離子對(duì)連接，形成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的空間網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明中加入的碳納米管具有親水性和中空光滑的內(nèi)壁，提高了膜的通量；加入的碳納米管與聚合物發(fā)生相互作用，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得碳納米管更均勻的分散在聚合物中，而且膜的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。該碳納米管-聚合物雜化膜可以用于蛋白質(zhì)的分離純化，室溫下本發(fā)明膜對(duì)于0.5g/L的卵白蛋白水溶液的截留率均可達(dá)90％以上，顯示出很好的分離性能，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L71/14GK102078772SQ20091019945
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者吳慧青, 武培怡, 湯蓓蓓 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)