CN108939945A - 一种稳定的陶瓷基复合碳膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于膜技术领域，提供了一种稳定的陶瓷基复合碳膜及其制备方法。利用孔径在100‑2000nm的多孔陶瓷膜作为支撑层，通过真空抽滤碳纳米管分散液、聚乙烯醇交联、丁二酸交联、干燥和热处理工艺，在陶瓷膜表面形成碳纳米管分离层。涉及到的复合碳膜的孔径从微滤到超滤范围可控。本发明的制备步骤简单；具有较好的稳定性、机械强度、良好导电性能和渗透性能；制备成本低；便于各种形态陶瓷基复合碳膜的制备。

Description

一种稳定的陶瓷基复合碳膜及其制备方法
技术领域
本发明属于膜技术领域，涉及一种稳定的陶瓷基复合碳膜及其制备方法。
背景技术
随着水质恶化与水资源短缺，膜技术在水污染控制领域得到了进一步的推广应用，人们对分离膜也提出了愈来愈高的要求，比如要求膜材料：热稳定性好，在较高温下可以使用；化学稳定性好，耐酸碱、耐氯；生物稳定性好，抗微生物侵蚀能力强等等。而目前得到广泛应用的有机聚合物膜并不能满足以上对于膜稳定性的要求。碳膜作为一种无机材料分离膜，热稳定性和化学稳定性较好，且良好的导电性和较大的比表面积为碳质分离膜赋予了额外的电润湿、电排斥、抗污染、高吸附容量等功能性，具有较好的应用前景和研究价值。
已有的研究(Journal of Porous Materials,2009,16(2):197-203；Naturecommunications,2013,4:2220)采用煤、高分子聚合物、生物质等有机材料经过高温碳化过程或者利用纳米碳材料组装过程制备碳膜。高温碳化过程制备而成的碳膜质脆，且高温碳化过程对设备要求较高，且能耗极大，该种方法制备的碳膜成本高，机械强度和稳定性差。而纳米材料组装方式制备而成的碳膜因为碳纳米材料之间无较强的作用力连接，导致分离膜在水力冲刷下容易重新分散于水中，稳定性存在很大问题。
因此，寻求一种能够不需要高温碳化且稳定性良好的碳膜成为研究的重点。
发明内容
本发明主要针对目前碳膜制备工艺存在的成膜稳定性较差且部分工艺需要高温碳化，成本能耗较高的问题，提供一种基于陶瓷膜支撑层，仅需在250-300℃范围热处理，由交联后的碳纳米管作为分离层的稳定复合碳膜。通过控制热处理时间除去多余的交联剂，减小交联剂的使用对膜渗透性造成的影响，增强复合碳膜的碳层与支撑层之间的结合强度(附图3,4)。
本发明的技术方案：
一种稳定的陶瓷基复合碳膜，分为支撑层和分离层两部分，孔径在100-2000nm的陶瓷膜作为支撑层，碳纳米管层作为分离层，分离层负载在支撑层表面；酸化后的碳纳米管经过聚乙烯醇和丁二酸共同交联作用，保证复合膜碳层的稳定性；热处理过程除去多余的交联剂，同时增强了复合碳膜的碳层与支撑层之间的结合强度。
所述的碳纳米管选用直径为2～100nm的单壁、双壁或多壁碳纳米管。
所述的陶瓷基复合碳膜的孔径由碳纳米管直径、聚乙烯醇浓度以及热处理时间调控。
所述的交联稳定剂为聚乙烯醇和丁二酸类聚合物。
一种稳定的陶瓷基复合碳膜的制备方法，步骤如下：
第一步，支撑体预处理
将支撑体在乙醇中超声处理10min后，利用去离子水清洗至中性并烘干备用；
第二步，碳纳米管分散液的制备
根据孔径的需求，将管径为2～100nm的碳纳米管由硫酸和硝酸共同作用酸化后均匀分散到水中，制备浓度为0.5～5mg/mL的碳纳米管分散液，酸化所用浓硫酸和浓硝酸二者的体积比为3：1；
第三步，陶瓷基复合碳膜的成型
首先，将不同管径的碳纳米管真空抽滤到陶瓷膜支撑层上，根据需要形成不同厚度的碳纳米管分离层，然后抽滤质量浓度为0.2％～1％的聚乙烯醇溶液，后浸泡于质量浓度为1％的丁二酸溶液中1h；取出后去离子水清洗，60℃条件下干燥固化，最后在250-300℃条件下热处理1-4h得到稳定的陶瓷基复合碳膜。
本发明的有益效果：本发明的制备步骤简单；具有较好的稳定性、机械强度、良好导电性能和渗透性能；制备成本低；便于各种形态陶瓷基复合碳膜的制备。
附图说明
图1是陶瓷基复合碳膜陶瓷支撑层的扫描电镜图片。
图2是陶瓷基复合碳膜碳纳米管分离层的扫描电镜图片。
图3是热处理前后，陶瓷基复合碳膜渗透性变化情况图。
图4是热处理前后，陶瓷基复合碳膜划痕实验结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
实施例1制备超滤孔径的陶瓷基复合碳膜。
用孔径为400nm的多孔陶瓷膜作为支撑体，制备孔径在20-100nm范围内超滤孔径的陶瓷基复合碳膜，步骤如下：
第一步，支撑体陶瓷平板膜预处理
将作为支撑体的陶瓷平板膜用乙醇超声处理10min后，利用去离子水清洗至中性并烘干备用；
第二步，碳纳米管分散液的制备
根据孔径的需求，将管径为40～60nm的酸化后碳纳米管均匀分散到水中制备浓度为0.5mg/mL的分散液；
第三步，陶瓷基复合碳膜的成型
首先，将碳纳米管真空抽滤到多孔陶瓷膜上，然后抽滤质量浓度为0.2-1％的聚乙烯醇溶液，后浸泡于质量浓度为1％的丁二酸溶液中1h。取出后去离子水清洗，60度条件下干燥固化，最后在250℃条件下热处理1h得到稳定的陶瓷基复合碳膜。
结果：根据孔径测试仪测定，得到的陶瓷基复合碳膜的孔径在70nm左右，属于超滤膜，膜通量为698L*m-2bar-1h-1。扫描电镜照片显示碳纳米管交错形成网状结构，均匀覆盖在陶瓷膜基底上。
实施例2制备微滤孔径的陶瓷基复合碳膜。
用孔径为400nm的多孔陶瓷膜作为支撑体，制备孔径在100-300nm范围内的陶瓷基复合碳膜，步骤如下：
第一步，支撑体陶瓷平板膜预处理
将作为支撑体的陶瓷平板膜用乙醇超声处理10min后，利用去离子水清洗至中性并烘干备用；
第二步，碳纳米管分散液的制备
根据孔径的需求，将管径为40～60nm的酸化后碳纳米管均匀分散到水中制备浓度为0.5mg/mL的分散液；
第三步，陶瓷基复合碳膜的成型
首先，将碳纳米管真空抽滤到多孔陶瓷膜上，然后抽滤质量浓度为0.2％的聚乙烯醇溶液，后浸泡于质量浓度为1％的丁二酸溶液中1h。取出后去离子水清洗，60度条件下干燥固化，最后在300℃条件下热处理4h得到稳定的陶瓷基复合碳膜。
结果：根据孔径测试仪测定，得到的陶瓷基复合碳膜的孔径在140nm左右，属于微滤膜，膜通量为1057L*m-2bar-1h-1。扫描电镜照片显示碳纳米管交错形成网状结构，均匀覆盖在陶瓷膜基底上。
实施例3制备微滤孔径的陶瓷基中空纤维复合碳膜。
用孔径为1μm的多孔陶瓷中空纤维膜作为支撑体，制备孔径在100-1000nm范围内的陶瓷基中空纤维复合碳膜，步骤如下：
第一步，支撑体陶瓷中空纤维膜预处理
将作为支撑体的陶瓷中空纤维膜用乙醇超声处理10min后，利用去离子水清洗至中性并烘干备用；
第二步，碳纳米管分散液的制备
根据孔径的需求，将管径为60～100nm的酸化后碳纳米管均匀分散到水中制备浓度为0.5mg/mL的分散液；
第三步，陶瓷基复合碳膜的成型
首先，将碳纳米管真空抽滤到多孔陶瓷中空纤维膜上，然后抽滤质量浓度为0.2％的聚乙烯醇溶液，后浸泡于质量浓度为1％的丁二酸溶液中1h。取出后去离子水清洗，60度条件下干燥固化，最后在300℃条件下热处理4h得到稳定的陶瓷基中空纤维复合碳膜。
结果：根据孔径测试仪测定，得到的陶瓷基中空纤维复合碳膜的孔径在260nm左右，属于微滤膜，膜通量为3100L*m-2bar-1h-1。扫描电镜照片显示碳纳米管交错形成网状结构，均匀覆盖在陶瓷膜基底上。
以上所述实施例，只是本发明中典型的实施例，并不构成对本发明的不当限定，故凡依本发明申请专利范围所述的显而易见的改动，以及其它不脱离本发明实质的改动，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种稳定的陶瓷基复合碳膜，其特征在于，所述的稳定的陶瓷基复合碳膜分为支撑层和分离层两部分，孔径在100-2000nm的陶瓷膜作为支撑层，碳纳米管层作为分离层，分离层负载在支撑层表面；酸化后的碳纳米管经过聚乙烯醇和丁二酸共同交联作用，保证复合膜碳层的稳定性。
2.根据权利要求1所述的稳定的陶瓷基复合碳膜，其特征在于，所述的碳纳米管选用直径为2～100nm的单壁、双壁或多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的稳定的陶瓷基复合碳膜，其特征在于，所述的交联稳定剂为聚乙烯醇和丁二酸类聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的稳定的陶瓷基复合碳膜，其特征在于，所述的陶瓷基复合碳膜的孔径由碳纳米管直径、聚乙烯醇浓度以及热处理时间调控。
5.根据权利要求3所述的稳定的陶瓷基复合碳膜，其特征在于，所述的陶瓷基复合碳膜的孔径由碳纳米管直径、聚乙烯醇浓度以及热处理时间调控。
6.一种稳定的陶瓷基复合碳膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，支撑体预处理
将支撑体在乙醇中超声处理10min后，利用去离子水清洗至中性并烘干备用；
第二步，碳纳米管分散液的制备
根据孔径的需求，将管径为2～100nm的碳纳米管由硫酸和硝酸共同作用酸化后均匀分散到水中，制备浓度为0.5～5mg/mL的碳纳米管分散液；
第三步，陶瓷基复合碳膜的成型
首先，将不同管径的碳纳米管真空抽滤到陶瓷膜支撑层上，根据需要形成不同厚度的碳纳米管分离层，然后抽滤质量浓度为0.2％～1％的聚乙烯醇溶液，后浸泡于质量浓度为1％的丁二酸溶液中1h；取出后去离子水清洗，60℃条件下干燥固化，最后在250-300℃条件下热处理1-4h得到稳定的陶瓷基复合碳膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，酸化所用浓硫酸和浓硝酸二者的体积比为3：1。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110327789A (zh) * 2019-07-05 2019-10-15 大连理工大学 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法
CN111545078A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 洛阳中超新材料股份有限公司 平板陶瓷膜及其制备方法
WO2021003599A1 (zh) * 2019-07-05 2021-01-14 大连理工大学 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法
CN113893708A (zh) * 2021-09-24 2022-01-07 南京南开伊沃环境研究院有限公司 一种陶瓷基负载碳纳米管复合膜制备方法
CN117164045A (zh) * 2023-07-21 2023-12-05 大连海事大学 一种对流式太阳能界面蒸发器及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103418252A (zh) * 2013-07-20 2013-12-04 大连理工大学 一种陶瓷基碳纳米管无机复合膜及制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103418252A (zh) * 2013-07-20 2013-12-04 大连理工大学 一种陶瓷基碳纳米管无机复合膜及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YI, GANG: "Enhanced separation performance of carbon nanotube-polyvinyl alcohol composite membranes for emulsified oily wastewater treatment under electrical assistance", 《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110327789A (zh) * 2019-07-05 2019-10-15 大连理工大学 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法
WO2021003599A1 (zh) * 2019-07-05 2021-01-14 大连理工大学 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法
CN110327789B (zh) * 2019-07-05 2022-02-15 大连理工大学 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法
CN111545078A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 洛阳中超新材料股份有限公司 平板陶瓷膜及其制备方法
CN113893708A (zh) * 2021-09-24 2022-01-07 南京南开伊沃环境研究院有限公司 一种陶瓷基负载碳纳米管复合膜制备方法
CN117164045A (zh) * 2023-07-21 2023-12-05 大连海事大学 一种对流式太阳能界面蒸发器及其制备方法和应用
CN117164045B (zh) * 2023-07-21 2024-04-30 大连海事大学 一种对流式太阳能界面蒸发器及其制备方法和应用

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