CN103933869B - 一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有序介孔碳材料的制备及其应用领域，涉及一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法，包括如下步骤：将载体材料进行表面清洁、除油；浸没于硝酸中进行氧化处理，然后使用蒸馏水清洗至中性；将碳源，结构导向剂，加入到无水乙醇中混合，室温下搅拌均匀得到透明溶液，将不锈钢丝网载体材料置于该透明溶液中挂取混合溶液，室温下挥发后，得到挂膜载体材料；老化、焙烧。本发明制备的有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜不仅解决了传统粉末态吸附剂难以回收、易损耗及载体材料耐热性差的难题，而且制备工艺简单，在分离污染物的应用方面具有广阔的前景。

Description

一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法
技术领域
本发明属有序介孔碳材料的制备及其应用领域，涉及一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法。
背景技术
介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料，具有巨大的比表面积（可高达2500m2/g）和孔体积（可高达2.25cm3/g），孔隙率高、孔径分布窄、孔径易于调节、孔道表面易于修饰等特点，因此其在催化、分离、医药、环境、功能复合材料等领域显示出广阔的应用前景，成为多学科交叉的前沿研究领域之一。介孔碳材料本身是粉体，应用过程中通常采用悬浮体系，使用形式是将介孔碳材料混入溶液中。悬浮体系具有与被分离物质接触充分等优点，但缺点也是显而易见的，由于介孔碳颗粒极为小，在使用过程中存在易凝聚、难回收、损失大等不足。为了使介孔碳更加方便的应用于实际，人们将研究重点集中到对介孔碳的固定化研究。如申请号为201210236474.7的中国专利申请《一种有序介孔碳-活性碳纤维毡复合材料的制法和应用》提出用碳纤维毡作为基体材料，在其上面制备介孔碳。但是，在高温焙烧去除模板剂时碳纤维毡即会碳化而易碎。不锈钢丝网由于具有多孔结构、比表面积大和强度大等优良特性通常被选作分离支撑载体，经过表面氧化预处理后的不锈钢丝网，易于与介孔碳结合，从而可在不锈钢丝网的表面覆盖一层介孔碳膜，从而达到高效分离污染物的目的。在不锈钢丝网表面制备介孔碳膜的工作是一个全新的尝试，目前，还没有这方面的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的在与为克服现有技术的缺陷而提供一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的方法。
介孔碳与不锈钢丝网在物理、性质等方面存在很大差别，因此本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，以不锈钢丝网为基体材料，以HNO3溶液对不锈钢表面进行预处理，然后利用蒸发诱导自组装（EISA）的方法制备有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜，并利用制备得到的分离膜进行多种污染水体的分离应用，取得了理想的分离效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法，以经预处理后的不锈钢丝网为基体材料，以商业化酚醛树脂为碳源，三嵌段共聚物（EO106-PO70-EO106，F127）为结构导向剂，利用挥发-诱导自组装方法制备得到有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜。
一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将载体材料进行表面清洁、除油；
（2）将步骤（1）得到的表面干净的载体材料浸没于硝酸中进行氧化处理，然后使用蒸馏水清洗至中性；
（3）将碳源，结构导向剂，加入到无水乙醇（EtOH）中混合，室温下搅拌均匀得到透明溶液，然后将步骤（2）预处理后的不同目数的不锈钢丝网载体材料置于该透明溶液中挂取混合溶液，室温下挥发后，得到挂膜载体材料；
（4）将步骤（3）中挥发后的挂膜载体材料放入干燥箱中老化；
（5）最后将老化后的挂膜载体材料置于氮气气氛下焙烧，即可获得介孔碳复合载体材料高效分离膜。
所述的载体材料选自不同目数的不锈钢丝网。
所述的步骤（1）中的表面清洁是用去离子水清洗，除油采用洗洁精。
所述的步骤（2）中硝酸的为发烟硝酸，氧化处理时间为24h。
所述的步骤（3）中碳源为酚醛树脂，结构导向剂为F127，其中碳源：结构导向剂：乙醇的质量比为=1:(1~1.5):(2~20)。
所述的步骤（3）中挂取混合溶液的厚度为10μm-200μm。
所述的步骤（4）中老化温度为100~150℃，老化时间为12~24h。
所述的步骤（5）中氮气流速为100ml/min，焙烧温度为350~900℃，时间为6h。
本发明具有以下有益效果：
本发明所选用的不锈钢丝网基体材料具有延展性好、耐酸碱腐蚀、易加工成型等优良特性。通过氧化处理使不锈钢丝网表面性质发生了改变，有利于介孔碳在其表面上的自组装成膜。本发明制备的有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜不仅解决了传统粉末态吸附剂难以回收、易损耗及载体材料耐热性差的难题，而且制备工艺简单，在分离污染物的应用方面具有广阔的前景。
附图说明
图1为本发明实施例中使用的不锈钢丝网基材的SEM照片。
图2为本发明中实施例中的有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的SEM照片
图3为本发明中实施例中的不锈钢丝网基材上刮下的有序介孔碳的TEM照片
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
将不锈钢丝网基体材料进行表面清洁、除油工作；
将表面干净的不锈钢丝网浸没于HNO3溶液中进行氧化处理，然后进行清洗至中性；
以商业化酚醛树脂（FR）为碳源，F127为结构导向剂，同时加入无水乙醇（EtOH），按照FR:F127:EtOH=1:(1~1.5):(2~20)的质量比混合，室温下搅拌一定时间，将预处理后的不锈钢丝网置于所得透明溶液中挂取一定厚度的混合液，室温下挥发；
将挥发后的不锈钢丝网挂膜材料放入干燥箱中老化一定时间；
最后将老化后的不锈钢丝网挂膜材料置于氮气气氛下焙烧一定时间，即可获得产品。
实施例1
（1）将不锈钢丝网基体材料进行表面清洁、除油工作；
（2）将步骤（1）得到的表面干净的不锈钢丝网浸没于发烟HNO3溶液中进行氧化处理12h，然后用去离子水进行超声清洗至中性；
（3）称取2gF127为结构导向剂，加入到4g无水乙醇（EtOH），室温下搅拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商业化酚醛树脂（FR）为碳源（其中，FR:F127:EtOH的质量比为1:1:2），再搅拌1h得到透明溶液，将预处理后的不锈钢丝网（100目）置于所得透明溶液中挂取二次，室温下挥发后，得到挂膜载体材料，混合液膜厚约200μm；
（4）将挥发后的不锈钢丝网挂膜材料放入干燥箱中100℃老化12h；
（5）最后将老化后的不锈钢丝网挂膜材料置于氮气气氛下350℃焙烧6h，其中氮气流速为100ml/min，即可获得产品。
其中，图1是不锈钢丝网的SEM照片，放大倍数为500倍，每一根丝上光滑平整。
图2为本发明中实施例中的有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的SEM照片。在不锈钢丝网上负载一定厚度的介孔碳后，可以看到钢丝表面负载了一层碳。
图3是本发明中实施例中的不锈钢丝网基材上刮下的介孔碳的TEM照片，结合N2吸附测试后得到介孔的孔径在2.5nm左右，是一种孔径小且规则有序的介孔碳，可以高效分离污染物。
实施例2
（1）将不锈钢丝网基体材料进行表面清洁、除油工作；
（2）将步骤（1）得到的表面干净的不锈钢丝网浸没于发烟HNO3溶液中进行氧化处理12h，然后用去离子水进行超声清洗至中性；
（3）称取2.4gF127为结构导向剂，加入到8g无水乙醇（EtOH），室温下搅拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商业化酚醛树脂（FR）为碳源（其中，FR:F127:EtOH的质量比为1:1.2:8），再搅拌1h得到透明溶液，将预处理后的不锈钢丝网（800目）置于所得透明溶液中挂取两次，室温下挥发后，得到挂膜载体材料，混合液膜厚大约在50μm左右；
（4）将挥发后的不锈钢丝网挂膜材料放入干燥箱中110℃老化12h；
（5）最后将老化后的不锈钢丝网挂膜材料置于氮气气氛下600℃焙烧6h，其中氮气流速为100ml/min，即可获得产品。
实施例3
（1）将不锈钢丝网基体材料进行表面清洁、除油工作；
（2）将步骤（1）得到的表面干净的不锈钢丝网浸没于发烟HNO3溶液中进行氧化处理24h，然后用去离子水进行超声清洗至中性；
（3）称取2.8gF127为结构导向剂，加入到12g无水乙醇（EtOH），室温下搅拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商业化酚醛树脂（FR）为碳源（其中，FR:F127:EtOH的质量比为1:1.4:14），再搅拌1h得到透明溶液，将预处理后的不锈钢丝网（2000目）置于所得透明溶液中挂取三次，室温下挥发后，得到挂膜载体材料，混合液膜厚约80μm左右；
（4）将挥发后的不锈钢丝网挂膜材料放入干燥箱中130℃老化24h；
（5）最后将老化后的不锈钢丝网挂膜材料置于氮气气氛下700℃焙烧6h，其中氮气流速为100ml/min，即可获得产品。
实施例4
（1）将不锈钢丝网基体材料进行表面清洁、除油工作；
（2）将步骤（1）得到的表面干净的不锈钢丝网浸没于发烟HNO3溶液中进行氧化处理24h，然后用去离子水进行超声清洗至中性；
（3）称取3gF127为结构导向剂，加入到16g无水乙醇（EtOH），室温下搅拌至完全溶解，在溶解后的乙醇溶液中加入2g商业化酚醛树脂（FR）为碳源（其中，FR:F127:EtOH的质量比为1:1.5:20），再搅拌1h得到透明溶液，将预处理后的不锈钢丝网（5000目）置于所得透明溶液中挂取一次混合液，室温下挥发后，得到挂膜载体材料，混合液膜厚约10μm左右；
（4）将挥发后的不锈钢丝网挂膜材料放入干燥箱中150℃老化24h；
（5）最后将老化后的不锈钢丝网挂膜材料置于氮气气氛下900℃焙烧6h，其中氮气流速为100ml/min，即可获得产品。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种有序介孔碳-不锈钢丝网复合分离膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将载体材料进行表面清洁、除油；
(2)将步骤(1)得到的表面干净的载体材料浸没于硝酸中进行氧化处理，然后使用蒸馏水清洗至中性；
(3)将碳源，结构导向剂，加入到无水乙醇中混合，室温下搅拌均匀得到透明溶液，然后将步骤(2)预处理后的不同目数的不锈钢丝网载体材料置于该透明溶液中挂取混合溶液，室温下挥发后，得到挂膜载体材料；
(4)将步骤(3)中挥发后的挂膜载体材料放入干燥箱中老化；
(5)最后将老化后的挂膜载体材料置于氮气气氛下焙烧，即可获得介孔碳复合载体材料高效分离膜；
所述的载体材料选自不锈钢丝网；
所述的步骤(3)中碳源为酚醛树脂，结构导向剂为F127，其中碳源：结构导向剂：乙醇的质量比为＝1:(1～1.5):(2～20)；
所述的步骤(4)中老化温度为100～150℃，老化时间为12～24h；
所述的步骤(5)中氮气流速为100ml/min，焙烧温度为350～900℃，时间为6h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的表面清洁是用去离子水清洗，除油采用洗洁精。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中硝酸的为发烟硝酸，氧化处理时间为24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中挂取混合溶液的厚度为10μm-200μm。
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