一种水凝胶-PTFE复合透气膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水凝胶

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于以有机高分子化合物为基料的组合物
，涉及一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜技术以具有选择透过性的膜材料为核心，在膜两侧推动力下，实现不同组分的分离提纯过程。经过近70年的发展，膜技术在能源电力、海水淡化、污水回用等领域的工程应用规模庞大。聚四氟乙烯(PTFE)薄膜是一种由聚四氟乙烯通过压延、挤压、双轴拉伸等方式制成的微孔膜，具有优良的自润滑、耐热、耐化学腐蚀等性能，在海水淡化领域，聚四氟乙烯薄膜用作透气膜，供蒸发的水蒸气透过，
[0003]但长期使用，海水中的盐分会破坏PTFE薄膜，导致海水透过薄膜。
[0004]本专利技术基于PTFE膜改性得到水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，不仅能够让水蒸气通过，还具有突出的阻盐特性，并且膜两侧能够形成一定的温差，因而能够快速积累淡水，提高水蒸气通量。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜及其制备方法，所述水凝胶
‑
PTFE复合透气膜具备透气性和抗污阻盐性，与PTFE膜相比，能够提高膜两侧温度梯度，增加水蒸气通量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]提供一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，所述复合膜由PTFE膜的上表面依次复合碳纳米管层和聚丙烯酰胺水凝胶层得到。
[0008]按上述方案，所述PTFE膜孔径为0.2
‑
0.3μm，厚度为0.1
‑
0.2mm。
[0009]按上述方案，所述碳纳米管层厚度为0.01
‑
0.05mm。
[0010]按上述方案，所述聚丙烯酰胺水凝胶层厚度为1.0
‑
1.5mm。
[0011]本专利技术还包括上述水凝胶
‑
PTFE复合透气膜的制备方法，具体步骤如下：
[0012]1)PTFE膜的处理：将PTFE膜表面清洁、干燥后放入真空等离子处理仪中进行处理，使其粗糙面由疏水性变为亲水性；
[0013]2)制备CNT/PTFE薄膜：将碳纳米管与无水乙醇混合，放入超声波细胞破碎机中震荡分散均匀，再用无水乙醇稀释得到碳纳米管分散液，将步骤1)处理过的PTFE膜固定放置在真空抽滤器的工作平台上，粗糙面向上，开启真空抽滤器待其正常工作后，在PTFE膜表面均匀施加碳纳米管分散液，使碳纳米管均匀吸附在PTFE薄膜上，抽滤结束后将PTFE膜连同碳纳米管一起干燥，得到CNT/PTFE薄膜；
[0014]3)制备水凝胶
‑
PTFE复合透气膜：将步骤2)得到的CNT/PTFE薄膜四周用垫圈固定，带碳纳米管一面向上，在CNT/PTFE薄膜表面倒入含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液，随后在惰性气氛下置于紫外光照射下进行聚合反应，在CNT/PTFE薄膜表面复合一层聚丙烯酰胺
水凝胶，得到水凝胶
‑
PTFE复合透气膜。
[0015]按上述方案，步骤2)所述碳纳米管为多壁碳纳米管粉末，纯度为85
‑
98wt％，内径为3
‑
5nm，外径为7
‑
16nm，密度为0.06
‑
0.09g/m3。
[0016]按上述方案，步骤2)超声波细胞破碎机的功率设置为150
‑
250W，震荡分散时间为2
‑
4小时。
[0017]按上述方案，步骤2)所述碳纳米管分散液浓度为0.04
‑
0.08g/L。
[0018]按上述方案，步骤3)所述含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液中丙烯酰胺单体为丙烯酰胺，N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两种，含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液中丙烯酰胺单体浓度为1.3
‑
2.5mol/L，所述光引发剂为过硫酸胺，含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液中光引发剂的浓度为0.002
‑
0.03mol/L。
[0019]优选的是，所述含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液中各有效成分及浓度为：丙烯酰胺1.5
‑
2.0mol/L，N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺0.008
‑
0.015mol/L，过硫酸胺0.014
‑
0.025mol/L。
[0020]按上述方案，步骤3)聚合反应条件为：紫外灯功率为20
‑
40W，反应时间为15
‑
45分钟。
[0021]本专利技术还包括上述水凝胶
‑
PTFE复合透气膜作为透气膜在海水淡化领域的应用。
[0022]以及上述水凝胶
‑
PTFE复合透气膜在传热材料、光热膜方面的应用。
[0023]本专利技术的水凝胶
‑
PTFE复合透气膜在PTFE膜表面覆有一层碳纳米管，碳纳米管起到强化传热作用，能高效吸收太阳能并将其转化为热能，促进界面的水分蒸发，复合透气膜外表面覆有一层水凝胶，水凝胶的存在有利于提升复合膜与水接触面温度的稳定性和抗污阻盐性，并且由于水凝胶内部是多孔结构，作为透气膜应用于海水淡化领域中能够提高水蒸气通量，通过在CNT/PTFE薄膜上复合一层水凝胶极大地提高了薄膜的光热转换效率，从而提高了淡水的生产效率，同时能够提高膜两侧温度梯度，增加水蒸气通量，并能够增加抗污阻盐性，因为水凝胶为一种特殊结构的多孔介质，能够将盐分等杂质阻拦，让水蒸气通过，并且有一定的保温作用。
[0024]本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的水凝胶
‑
PTFE复合透气膜具有良好的透气性和抗污阻盐性，在海水淡化等领域具有良好的应用前景；2、本专利技术可以在室温和常压条件下批量生产含碳纳米管的新型水凝胶复合膜，该方法简单，制作安全，重复性好，时间短且成本低。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的水凝胶
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PTFE复合透气膜的水凝胶层真空冷冻干燥后的样品及PTFE薄膜的SEM图；
[0026]图2为实施例1所制备的水凝胶
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PTFE复合透气膜及PTFE薄膜用于海水淡化时得到的淡水电导率随时间变化图。
具体实施方式
[0027]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0028]实施例1
[0029]一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，其制备方法如下：
[0030]1)将直径47mm的圆形PTFE薄膜(孔径为0.22μm，厚度为0.12mm)表面清洁、干燥后放入真等离子处理仪中对膜的粗糙面处理180秒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，其特征在于，所述复合膜由PTFE膜的上表面依次复合碳纳米管层和聚丙烯酰胺水凝胶层得到。2.根据权利要求1所述的水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，其特征在于，所述PTFE膜孔径为0.2
‑
0.3μm，厚度为0.1
‑
0.2mm。3.根据权利要求1所述的水凝胶
‑
PTFE复合透气膜，其特征在于，所述碳纳米管层厚度为0.01
‑
0.05mm；所述聚丙烯酰胺水凝胶层厚度为1.0
‑
1.5mm。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的水凝胶
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PTFE复合透气膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)PTFE膜的处理：将PTFE膜表面清洁、干燥后放入真空等离子处理仪中进行处理，使其粗糙面由疏水性变为亲水性；2)制备CNT/PTFE薄膜：将碳纳米管与无水乙醇混合，放入超声波细胞破碎机中震荡分散均匀，再用无水乙醇稀释得到碳纳米管分散液，将步骤1)处理过的PTFE膜固定放置在真空抽滤器的工作平台上，粗糙面向上，开启真空抽滤器待其正常工作后，在PTFE膜表面均匀施加碳纳米管分散液，使碳纳米管均匀吸附在PTFE薄膜上，抽滤结束后将PTFE膜连同碳纳米管一起干燥，得到CNT/PTFE薄膜；3)制备水凝胶
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PTFE复合透气膜：将步骤2)得到的CNT/PTFE薄膜四周用垫圈固定，带碳纳米管一面向上，在CNT/PTFE薄膜表面倒入含丙烯酰胺单体和光引发剂的溶液，随后在惰性气氛下置于紫外光照射下进行聚合反应，在CNT/PTFE薄膜表面复合一层聚丙烯酰胺水凝胶，得到水凝胶
‑
PTFE复合透气膜。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，黄璐，陈林根，周祖伟，陈奡飞，谢心怡，黄宏伟，杜元开，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：