导电滤膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种导电滤膜及其制备方法和应用，该导电滤膜由导电材料与辅助纤维和/或功能填料制备而成，该导电滤膜可应用于水净化处理。本发明专利技术创造性地将电化学原理和复合纳米膜结合用于水净化领域，既利用了电化学原理正极和负极分别发生氧化反应和氧化反应，也利用了碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、石墨烯、纳米铜、纳米银优异的导电性。两者结合用于水净化领域既可除去水中的细菌和有机质，又可除去水中有害的重金属。

【技术实现步骤摘要】
导电滤膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，特别是涉及一种导电滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
水是生命之源，近年来随着工业的发展，曝光化工厂导致的水源污染的事件时有发生，重金属导致的水污染如砷、铅超标等，已经成为危害人们身体健康的隐形杀手。目前工业上常见的水净化方法主要有：过滤(包括纳滤和微滤)、反渗透、电化学等方法。例如专利技术专利201310730485.5中公开了一种活性炭或者碳纳米纤维负载纳米金属材料的过滤材料；专利技术专利200680036553.6公开了一种由活性炭负载碳纳米管生产过滤芯的方法；200780022554.X技术专利公开了一种电吸附来处理污水的方法；上述两个专利技术净化水的原理是采用了过滤和吸附的方法净化水。用过滤和吸附的方法净化水两个难题：①单位材料的吸附量有限，导致水净化效率低，需要多级吸附或者大量的吸附材料才能实现净水的目的；②将细菌和微生物吸附在过滤介质表面，很容易引起水体的二次污染；专利技术专利200610043827.6公开了一种超滤膜净化水的方法、专利技术专利200610015370.8公开了一种超滤膜净化水的方法。单纯的超滤和微滤膜是无法滤除重金属的，这是由其膜的过滤孔径决定的，因为超滤膜的过滤孔径一般为0.1～0.01um(微米)，而重金属比如铅Pb2+离子的直径0.28nm(纳米)，是完全能通过超滤膜孔径的。专利技术专利201380002254.0公开了一种过滤水用的反渗透膜的生产方法；反渗透净化水存在两个难题：①反渗透净化水的同时会产生大量的废水，反渗透膜每生产1吨纯水会产生2-4吨废水；②反渗透方式处理水会将水中对人体有益的钠、钾、锌一并除去，并不适合人饮用。因此需要开发一种适合用于净水系统的新型的膜材料。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种适用于水净化处理的导电滤膜。具体的技术方案如下：一种导电滤膜，该导电滤膜主要由导电材料与辅料制备而成，所述导电材料占导电材料与辅料总质量的5-100％，所述导电材料选自碳纳米管、尺寸为1-10μm的碳纤维、碳纳米纤维、石墨烯、纳米铜线、纳米银线或导电金属丝中的一种或几种，所述辅料包括辅助纤维和/或功能填料。在其中一个实施例中，所述辅助纤维选自纸浆纤维、天丝纤维、ES纤维、玻璃纤维、涤纶纤维、芳纶纤维或聚四氟乙烯纤维中的一种或几种。在其中一个实施例中，所述功能填料选自纳米银颗粒、活性碳颗粒、活性碳纤维、氧化铝或二氧化钛中的一种或几种。在其中一个实施例中，该导电滤膜的电导率为500-20000s/m。本专利技术的另一目的是提供上述导电滤膜的制备方法。具体的技术方案如下：上述导电滤膜的制备方法，包括如下步骤：将导电纤维进行表面亲水处理，然后与辅助纤维混合分散于水中，然后再加入功能填料和助留剂，最后在造纸机上抄造、烘干，即得所述导电滤膜；或，将碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或几种与尺寸为1-10μm的碳纤维混合分散于水中，然后在造纸机上抄造、烘干、施胶、干燥，再进行高温石墨化，即得所述导电滤膜；或，将导电材料加热后负载于沥青基碳纤维原丝或聚丙烯晴原丝上，然后进行预氧化、炭化、石墨化，再纺成碳纤维布，利用电化学或者化学沉积方法将功能填料负载于碳纤维布上，即得所述导电滤膜。在其中一个实施例中，所述助留剂为聚丙烯酰胺。本专利技术的另一目的是提供上述导电滤膜的应用。具体的技术方案如下：上述导电滤膜在水净化处理中的应用。本专利技术的另一目的是提供一种水净化处理装置。具体的技术方案如下：一种水净化处理装置，包括电源和壳体，所述壳体内沿水流动方向依次设有至少一个正极膜和至少一个负极膜，所述正极膜为与所述电源正极连接的权利要求1-4任一项所述的导电滤膜，所述负极膜为与所述电源负极连接的权利要求1-4任一项所述的导电滤膜。在其中一个实施例中，所述正极膜与所述负极膜之间还设有分离支撑膜。本专利技术的原理和优点如下：本专利技术的核心是由导电材料与辅助纤维和/或功能填料制备的导电滤膜，导电滤膜中以微米级粗纤维(包括辅助纤维和导电材料里的碳纤维和导电金属丝)充当力学和导电骨架，纳米纤维(包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等)均匀依附在微米级粗纤维上，功能填料则均匀分布于导电滤膜之中。导电滤膜利用碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、纳米银线、纳米铜线、金属导电线的优益导电性，利用电化学原理净化水。将导电滤膜连接在电源上，利用电化学反应原理，接正极的膜发生氧化反应，可除去水中的细菌和有机质；再将去除有机质和细菌的水通过接电源负极的导电滤膜，利用电化学反应原理，接负极的膜发生还原反应，重金属离子铜、铁、汞、锰、铅、镍、铬得到电子被还原成金属(负极反应已列出)。水中的钠、钾、钙、镁由于标准电极电位较低，用本方法不能得到电子还原成金属，因此仍留在水中，而饮用含微量的上述金属的水对人体有益。因此本专利技术既可除去水中的细菌、有机质、重金属又能选择性保持某些对人有益的金属离子。Cu2++2e-—CuFe3++3e-—FeHg2++2e-—HgMn2++2e-—MnNi2++2e-—NiCd2++2e—Cd本专利技术创造性地将电化学原理和复合纳米膜结合用于水净化领域，既利用了电化学原理正极和负极分别发生氧化反应和氧化反应，也利用了碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、石墨烯、纳米铜、纳米银优异的导电性。两者结合用于水净化领域即可除去水中的细菌和有机质，又可除去水中有害的重金属。附图说明图1为实施例1所述水净化处理装置的结构示意图；图2为实施例2所述水净化处理装置的剖面结构示意图；图3为实施例2所述水净化处理装置的截面结构示意图。附图标记说明：201、进水口；202、壳体；203、正极膜；204、负极膜；205、出水口；206、电源；207、分离支撑膜。具体实施方式以下通过实施例对本申请做进一步阐述。实施例1本实施例一种导电滤膜，该导电滤膜主要由导电材料与辅助纤维制备而成，所述导电材料占导电材料与辅助纤维总质量的15％，所述导电材料为碳纳米纤维，所述辅助纤维为纸浆纤维和芳纶纤维。该导电滤膜的电导率为3000s/m。上述导电滤膜的制备方法，包括如下步骤：将碳纳米纤维在Fenton试剂中进行氧化处理，清洗，使其接上羟基，再将其分散于水溶液中，制成碳纳米纤维分散液，将65％的纸浆纤维与20％的芳纶纤维分散于水中，进行轻度打浆，制成浆液；将碳纳米纤维分散液加入浆液中，充分混合，加入聚丙烯酰胺助留剂，使得羟基化的碳纳米纤维吸附于纸浆纤维上，然后进行抄造成型，烘干，既得导电滤膜。本实施例一种水净化处理装置，如图1所示。水净化处理装置包括电源206和壳体202，壳体内沿水流动方向依次设有正极膜203以及负极膜204，所述正极膜为连接电源正极的导电滤膜，所述负极膜为连接电源负极的导电滤膜。自来水首先经过600目的过滤膜过滤，过滤了杂质的自来水进入水净化处理装置，依次通过接电源正极的导电滤膜和接电源负极的导电滤膜。自来水需经过上述步骤净化后的水相关数据见表1。实施例2本实施例一种导电滤膜，该导电滤膜由导电材料与辅料(辅助纤维和功能填料)制备而成，所述导电材料占导电材料与辅料总质量的50％，所述导电材料为纳米铜线、石墨烯和碳纤维，所述辅助纤维为天丝纤维。该导电滤膜的电导率为8000s/m。上述导电滤膜的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电滤膜，其特征在于，该导电滤膜主要由导电材料与辅料制备而成，所述导电材料占导电材料与辅料总质量的5‑100％，所述导电材料选自碳纳米管、尺寸为1‑10μm的碳纤维、碳纳米纤维、石墨烯、纳米铜线、纳米银线或导电金属丝中的一种或几种，所述辅料包括辅助纤维和/或功能填料。

【技术特征摘要】
1.一种导电滤膜，其特征在于，该导电滤膜主要由导电材料与辅料制备而成，所述导电材料占导电材料与辅料总质量的5-100％，所述导电材料选自碳纳米管、尺寸为1-10μm的碳纤维、碳纳米纤维、石墨烯、纳米铜线、纳米银线或导电金属丝中的一种或几种，所述辅料包括辅助纤维和/或功能填料所述的导电滤膜的制备方法，包括如下步骤：将导电纤维进行表面亲水处理后与辅助纤维混合分散于水中，然后再加入功能填料和助留剂，最后在造纸机上抄造、烘干，即得所述导电滤膜；或，将碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或几种与尺寸为1-10μm的碳纤维混合分散于水中，然后在造纸机上抄造、烘干、施胶、干燥，再进行高温石墨化，即得所述导电滤膜；或，将导电材料加热后负载于沥青基碳纤维原丝或聚丙烯腈原丝上，然后进行预氧化、炭化、石墨化，再纺成碳纤维布，利用电化学或者化学沉积方法将功能填料负载于所述碳纤维布上，即得所述导电滤膜。2.根据权利要求1所述的导电滤膜，其特征在于，所述辅助纤维选自纸浆纤维、天丝纤维、ES纤维、玻璃纤维、涤纶纤维、芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的导电滤膜，其特征在于，所述功能填料选自纳米银颗粒、活性碳颗粒、活性碳纤维、氧化铝或二氧化钛中的一种或几种。4.根据权利要求1-3任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖辉，吴立群，刘铸，庄留莹，陈东平，胡庭维，
申请(专利权)人：昆明纳太能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53