一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜及其规模化制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜及其规模化制备方法。所述柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜规模化制备方法：先将聚乙烯吡咯烷酮、碳纳米管、聚乙烯醇缩丁醛和硅烷偶联剂按一定的质量比超声搅拌分散于有机溶剂中，静置脱泡后得到纺丝液；再将纺丝液和水以一定的流量比通过纺丝头挤出到水凝固浴中得到碳纳米管中空纤维膜。该制备方法安全、简单、高效，不需要昂贵的化学试剂和设备。不需要昂贵的化学试剂和设备。不需要昂贵的化学试剂和设备。

【技术实现步骤摘要】
一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜及其规模化制备方法


[0001]本专利技术属于膜
，特别涉及一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜及其规模化制备方法。

技术介绍

[0002]膜分离技术具有占地面积小、分离效率高、易于模块化和自动化等优势，被广泛应用于环保、石化、食品、医疗和海水淡化等领域。在众多类型的分离膜中，中空纤维膜比表面积大、填充密度高、制备方法简单，在水处理领域已被广泛应用，带来了显著的环境和经济效应，具有广阔的发展前景。
[0003]专利CN104028112B报道了一种碳纳米管中空纤维膜，该膜具有高的孔隙率、高的纯水通量和良好的导电性，可以和电化学耦合，通过静电排斥、电吸附和电化学氧化还原等作用进一步提高其截留性能和抗污染能力等，表现出传统分离膜所不具备的优势，但制得的碳纳米管中空纤维膜质脆易断，柔韧性较差，导电性不好等不能满足实际应用需求。因此，研发结构柔韧以及具有良好导电性的碳纳米管中空纤维膜及规模化制备方法具有巨大的价值和意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要是针对现有自支撑碳纳米管中空纤维膜质脆易断、柔韧性不强、导电性较差的问题，即其抗拉、抗弯强度和电导率需要进一步提高，提供了一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜及其规模化制备方法。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜，所述的碳纳米管导电中空纤维膜含有硅烷偶联剂、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和碳纳米管，所述聚乙烯吡咯烷酮、所述碳纳米管、所述聚乙烯醇缩丁醛与所述硅烷偶联剂之间的质量比为0.2～1:1:0.15～0.5:0.05～0.5；所述碳纳米管和所述聚乙烯醇缩丁醛之间通过硅烷偶联剂交联。
[0006]进一步地，上述技术方案中，所述的硅烷偶联剂包括γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基
‑
三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种以上，优选为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。
[0007]进一步地，上述技术方案中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8000～1300000，优选为40000～58000；所述聚乙烯醇缩丁醛的分子量为25000～2000000，优选为170000～250000。
[0008]进一步地，上述技术方案中，所述的碳纳米管包括羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或两种以上。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜的规模化制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将聚乙烯吡咯烷酮、碳纳米管、聚乙烯醇缩丁醛和硅烷偶联剂分散于有机溶剂中，温度为30～60℃，搅拌均匀后静置脱泡得到纺丝液；
[0011](2)湿法纺丝：以纺丝液为壳液、水为芯液，纺丝液和芯液以1～3:1的体积流量比通过纺丝头挤出到水凝固浴中，得到的产品浸泡清洗后烘干，即得。
[0012]进一步地，上述技术方案中，所述的有机溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或两种以上。
[0013]进一步地，上述技术方案中，所述烘干包括室温干燥或者不高于100℃下烘干。
[0014]本专利技术第三方面提供了上述柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜或上述制备方法制备得到的柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜的应用，应用于具有负电性污染物的水处理。
[0015]进一步地，上述技术方案中，所述具有负电性污染物的水处理包括工业废水处理或饮用水净化。
[0016]进一步地，上述技术方案中，应用于水力冲刷较大或者水流较为湍急的封闭式容器或者浸没式真空抽滤水处理，至少可以承受2Mpa的水压而不破裂。
[0017]在水处理领域，由于大部分的污染物呈负电性，制备的碳纳米管中空纤维膜导电性良好，因此，在膜上施加较小的负电压后，通过膜与污染物产生的静电斥力，减少膜表面的污染物沉积，由于导电性良好，外加电压小，因此大大降低能耗；也可应用与其他将导电膜与电化学技术相耦合产生的电化学氧化还原、电致润湿、电致气泡等实现膜的抗污染性能等。
[0018]本专利技术的基本构思是：
[0019](1)利用硅烷偶联剂的硅烷氧基和有机官能基分别与羧基化或羟基化碳纳米管和聚乙烯醇缩丁醛反应，充当分子桥梁作用，形成“聚乙烯醇缩丁醛
‑
硅烷偶联剂
‑
羧基化多壁碳纳米管”的结合层，把碳纳米管和聚合物连接在一起，增加碳纳米管之间的粘接强度，从而提高碳纳米管中空纤维膜的柔韧性。
[0020](2)在湿法纺丝过程中，利用聚乙烯醇缩丁醛在铸膜液接触水凝固浴瞬间固化的特点交联碳纳米管，使其形成中空纤维膜结构。聚乙烯吡咯烷酮的作用是稳定分散羧基化或羟基化碳纳米管，同时作为非溶剂致相转化中的致孔剂。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术所述的碳纳米管中空纤维膜的拉伸强度高，拉伸断裂能较大，柔韧性较好，可以弯曲扭转。
[0023](2)本专利技术所述的碳纳米管中空纤维膜导电性良好。
[0024](3)本专利技术所述的碳纳米管中空纤维膜制备方法安全简单，周期短，不需要昂贵的化学试剂和设备。
附图说明
[0025]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0026]图1为实施例4制备的碳纳米管中空纤维膜的外表面30倍(A)和5万倍(B)扫描电镜图。
[0027]图2为实施例4制备的碳纳米管中空纤维膜的截面130倍扫描电镜图。
[0028]图3为实施例4制备的碳纳米管中空纤维膜的截面1万倍扫描电镜图。
[0029]图4为实施例4制备的碳纳米管中空纤维膜被扭转弯曲的照片。
[0030]图5为实施例5制备的碳纳米管中空纤维膜的柔韧性测试照片，图中A为轴棒直径照片；B为碳纳米管中空纤维膜弯曲缠绕在轴棒上的照片；C为碳纳米管中空纤维膜抽离轴棒照片；D为碳纳米管中空纤维膜恢复至初始状态照片。
[0031]图6为实施例5制备的碳纳米管中空纤维膜导电性测试照片，图中A为碳纳米管中空纤维膜在干燥状态下的电阻测试照片；B为碳纳米管中空纤维膜在水中浸泡湿润状态下的电阻测试照片。
具体实施方式
[0032]为了进一步理解本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜，其特征在于，所述的碳纳米管导电中空纤维膜含有硅烷偶联剂、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和碳纳米管，所述聚乙烯吡咯烷酮、所述碳纳米管、所述聚乙烯醇缩丁醛与所述硅烷偶联剂之间的质量比为0.2～1:1:0.15～0.5:0.05～0.5；所述碳纳米管和所述聚乙烯醇缩丁醛之间通过硅烷偶联剂交联。2.根据权利要求1所述的柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N
‑
β
‑
氨乙基
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基
‑
三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或两种以上。3.根据权利要求2所述的柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷；所述的碳纳米管包括羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、单壁碳纳米管中的一种或两种以上。4.根据权利要求1所述的柔韧的碳纳米管导电中空纤维膜，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的...

【专利技术属性】
技术研发人员：全燮，张永科，陈硕，魏高亮，杜磊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：