一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明专利技术的碳纳米管/微晶纤维素复合膜的制备方法，将醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管分散于水溶液中发生席夫碱反应得到悬浮液，反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为(0.5～5):(0.2～1)；收集所述步骤(1)所得的悬浮液中的固体，干燥即得碳纳米管/微晶纤维素复合膜。本发明专利技术获得的碳纳米管/微晶纤维素复合膜具有优异的两亲润湿性能，优异的光热性能和水蒸发能力，并且可以作为高效的光热界面蒸发材料，海水淡化和乳液分离。海水淡化和乳液分离。海水淡化和乳液分离。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜及其制备方法和应用，属于功能材料


技术介绍

[0002]在过去的几年里，饮用水短缺和淡水资源分布不平衡已成为迫在眉睫的危机。同时，船舶燃油泄漏、工业污水和生活污水的随意排放，造成了以油水混合燃料为主的大量污水污染。利用光热材料将太阳能加热集中在空气和水的界面上，是一种从海水或污水中获取清洁水以供日常使用的新技术。碳基膜材料通过太阳光收集和热定位产生水蒸气，这给可持续海水淡化和污水处理带来了巨大的希望。虽然太阳能海水淡化的开发已经取得了有效的进展，但仍然需要解决含油海水带来的挑战，特别是纳米/亚微米乳状液的处理。由于含油污水不仅破坏生态环境，而且对生物的健康构成严重威胁，污水的净化已引起研究人员的极大关注。
[0003]目前关于乳化含油海水或污水的有效净化的报道还很少。在含油污水处理技术中，使用超浸润系统有效过滤和分离油水溶液被认为是一种成熟的工艺。然而，对于具有单一润湿性(超亲水/超疏水)的滤膜来说，很难实现不同类型油水溶液的按需分离。而表面活性剂稳定乳液的有效净化仍然是一个问题。同时，目前对于光热膜材料的制备工艺较为复杂，同时需要价格高昂的设备进行生成，对于工艺便捷制备方便的制备技术的探索成为研究热点。因此，有必要设计一种具有良好浸润性能和光热效应的双功能核心部件来净化油性污水或海水。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜及其制备方法，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管分散于水溶液中发生席夫碱反应得到悬浮液，反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为(0.5～5):(0.2～1)；(2)收集所述步骤(1)所得的悬浮液中的固体，干燥即得碳纳米管/微晶纤维素复合膜。
[0006]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为(0.5～2.5):0.5。优选地，醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为2:0.5。
[0007]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管：水的质量比为(0.5～5):0.5:(20～100)。
[0008]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中的所述氨基化碳纳米管的长度为20
‑
50μm，直径为8
‑
15nm。
[0009]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中席夫碱反应的条件为：温度为30℃～50℃，反应时间为2h～6h。
[0010]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中席夫碱反应的条件为：50℃超声条件下反应2h。
[0011]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(1)中超声功率为50
‑
100W。
[0012]作为本专利技术的一种实施方式，所述方法还包括醛基微晶纤维素的制备步骤：微晶纤维素与高碘酸钠发生氧化反应，制得醛基微晶纤维素。
[0013]作为本专利技术的一种实施方式，所述醛基微晶纤维素的制备步骤具体为：将微晶纤维素分散于水溶液中，调节pH至酸性，在避光条件下加入高碘酸钠发生氧化反应得到醛基微晶纤维素并清洗干燥；反应前控制反应液中微晶纤维素：高碘酸钠：水的质量比为(0.5～5):(2～10):(30～150)。微晶纤维素：高碘酸钠：水的质量比优选为2:5:60。
[0014]作为本专利技术的一种实施方式，所述醛基微晶纤维素的制备步骤中氧化反应的条件为：pH为2～4，温度为30℃～50℃，反应时间为2h～6h。优选为：pH为4，40℃恒温水浴反应3h。优选地，采用油浴或水浴方式进行。
[0015]作为本专利技术的一种实施方式，所述醛基微晶纤维素的制备步骤中，所述清洗包括醇洗和水洗，所述醇洗采用95％乙醇或无水乙醇，所述的水洗采用去离子水。
[0016]作为本专利技术的一种实施方式，所述醛基微晶纤维素的制备步骤具体为：称取2g微晶纤维素分散于60mL水溶液中，调节pH至4，在避光条件下加入5g高碘酸钠，置于40℃恒温水浴中3h，反应结束后加入乙醇和去离子水清洗(醇洗和水洗)并于60℃下干燥，得到醛基微晶纤维素。
[0017]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(2)中收集所述步骤(1)所得的悬浮液中的固体采用真空辅助过滤法。
[0018]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(2)中真空辅助过滤法的条件：压力0.2
‑
1bar，抽滤时间为20
‑
120min。优选地，压力为0.5bar，抽滤30min。
[0019]作为本专利技术的一种实施方式，所述步骤(2)和/或所述醛基微晶纤维素的制备步骤中的干燥条件：干燥温度为30
‑
50℃，干燥时间为2
‑
6h。优选地，所述步骤(2)中50℃干燥2h。
[0020]本专利技术的第二目的在于提供由前述的方法制得的碳纳米管/微晶纤维素复合膜，其具有油水两亲润湿性。
[0021]本专利技术的第三目的在于提供前述的碳纳米管/微晶纤维素复合膜在太阳能界面蒸发、海水淡化、净化污水中的应用。
[0022]本专利技术的第四目的在于提供前述的碳纳米管/微晶纤维素复合膜在油包水乳液和水包油乳液分离中的应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024](1)本专利技术提供的碳纳米管/微晶纤维素复合膜的制备方法，利用特定配比的醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管发生席夫碱反应，使得醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管进行交联，改善了复合膜材料的分散性，通过诸如负压抽滤等手段收集席夫碱反应所得的悬浮液中的固体，干燥制得碳纳米管/微晶纤维素复合膜，得到了兼具良好的机械性能、优异的润湿性能和优异的光热性能的复合膜材料。本专利技术的制备方法工艺简单、易操作，可以拓展到大规模制备。
[0025](2)本专利技术基于醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管的席夫碱反应，通过优化醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管的配比，产生了预料不到的技术效果：一方面，所得碳纳米管/微晶纤维素复合膜材料的粗糙度显著提升且分散性良好，对水和油溶剂的接触角为0
°
，实现了优异的两亲润湿性，相较于微晶纤维素复合膜，油水两亲润湿性显著提升。尤其是当醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为2:0.5时，所得碳纳米管/微晶纤维素复合膜表现出超亲水性和超亲油性(水滴/油滴在0.1s内就能完全铺展开来)。另一方面，所得碳纳米管/微晶纤维素复合膜材料还具有优异的光热性能：在太阳光照射下可以迅速升温并且将水转化为水蒸气，实现高效的界面蒸发，其界面蒸发速率可达到1.58Kg m
‑2h
‑1，高于绝大多数报道的现有太阳能界面蒸发材料(1～1.5Kg m
‑2h<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/微晶纤维素复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将醛基微晶纤维素与氨基化碳纳米管分散于水溶液中发生席夫碱反应得到悬浮液，反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为(0.5～5):(0.2～1)；(2)收集所述步骤(1)所得的悬浮液中的固体，干燥即得碳纳米管/微晶纤维素复合膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应前控制反应液中醛基微晶纤维素：氨基化碳纳米管的质量比为(0.5～2.5):0.5。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述氨基化碳纳米管的长度为20
‑
50μm，直径为8
‑
15nm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中席夫碱反应的条件为：温度为30℃～50℃，反应时间为2h～6h。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括醛基微晶纤维素的制备步骤：微晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：付少海，朱若斐，刘明明，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：