一种导电的碳纳米管-聚偏氟乙烯复合中空纤维膜及电化学耦合膜分离组件的制备方法技术

本发明专利技术公开一种导电的碳纳米管

【技术实现步骤摘要】
一种导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜及电化学耦合膜分离组件的制备方法


[0001]本专利技术属于分离膜制备
，具体涉及一种导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜及电化学耦合膜分离组件的制备方法。

技术介绍

[0002]膜分离技术因为其简单高效的特点，被广泛应用于水处理、气体分离、食品加工和药物提纯等领域，是解决资源短缺和环境污染等问题的重要技术。但是传统膜分离技术仍存在着膜污染严重，膜渗透性与选择性互相制约等问题，不能有效发挥其性能。电化学水处理技术是通过外加电场使污染物在电极与水的固液界面处发生的电场作用或电化学反应去除水中污染物的技术。将电化学技术与膜分离耦合，利用静电排斥、电化学氧化还原、电辅助吸附等作用，有望解决膜分离技术存在的严重膜污染和膜渗透性与选择性互相制约的问题，是一种极具实际应用潜力的新型膜分离技术。
[0003]虽然电化学作用能减轻膜污染，缓解膜渗透性和选择性之间的矛盾关系，但电化学耦合膜分离技术的相关研究主要集中于理论探索阶段。缺乏适用的分离膜是限制电辅助膜分离技术实际应用的主要原因。电辅助膜分离技术采用的分离膜有导电膜和非导电膜两种，基于非导电膜的电辅助膜分离技术需要外置高压电场对膜进行极化诱导，高能耗制约了其应用，而基于导电膜的电辅助膜分离技术可以直接施加较低电压于膜上，较为节能高效地实现电辅助效果，因此基于导电膜的电辅助膜分离技术具有更大的应用前景。目前，研究中的导电分离膜主要有碳膜、金属膜、导电高分子膜和导电陶瓷膜。这些导电分离膜的稳定性和机械强度较差，制备过程较为复杂，不利于实际应用。
[0004]利用碳纳米管和传统高分子材料构建复合型导电高分子材料，能为这一困境带来转机。导电高分子材料可分为复合型导电高分子材料和结构型导电高分子材料，复合型导电高分子材料的导电机理与结构型导电高分子材料(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)不同，是通过向传统高分子材料中添加导电填料，导电材料的浓度达到临界值后，在高分子中形成导电网络，能够实现电子的传导。因此，将碳纳米管作为导电填料加入高分子材料制备复合型导电高分子材料，既能赋予传统高分子膜材料导电性，同时还保留了传统高分子膜材料稳定性和机械强度良好的优点，且制备方法简单，有望制备出具有实际应用前景的导电分离膜。
[0005]除此之外，市场上的膜组件均是针对传统膜分离过程设计，并不能实现电化学耦合膜分离功能，新型电化学耦合膜分离组件的研发对促进电化学耦合膜分离技术应用与发展具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜及电化学耦合膜分离组件的制备方法，所述导电的碳纳米管
‑
聚偏
氟乙烯复合中空纤维膜采用碳纳米管作为导电填料，利用分散剂增强碳纳米管在聚偏氟乙烯中的分散性，通过湿法纺丝工艺制备，将该中空纤维膜进行导电封装和连接，构建能实现电化学作用与膜分离功能结合的电化学耦合膜分离组件，强化分离膜抗污染能力，缓解其渗透性与选择性之间的矛盾。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜的制备方法，包括步骤如下：
[0009](1)纺丝液的配制
[0010]向溶剂中加入羧基化碳纳米管和分散剂，在40～80℃下搅拌6～12h使碳纳米管分散均匀，然后加入聚偏氟乙烯，再继续搅拌4～8h使聚偏氟乙烯完全溶解，得到纺丝液；
[0011](2)湿法纺丝制备碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜
[0012]湿法纺丝制备碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜包括自支撑复合中空纤维膜和带内衬复合中空纤维膜；
[0013]自支撑复合中空纤维膜的制备过程为：将纺丝液真空脱泡后作为壳液，水作为芯液，同时通过纺丝机的喷丝板，控制壳液流速与芯液流速按一定速度比纺进水凝固浴中，得到自支撑复合中空纤维膜；
[0014]带内衬复合中空纤维膜的制备过程为：将纺丝液真空脱泡后作为壳液，控制纺丝液进样泵速度和绕丝辊牵引内衬速度，将纺丝液和内衬通过喷丝板混合纺进水凝固浴中，得到带内衬复合中空纤维膜；
[0015]将初步固化的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜缠绕在绕丝辊上，纺丝结束后放入水中浸泡24～72h去除多余的有机溶剂和分散剂，自然风干并收集。
[0016]基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中所述羧基化碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；羧基含量为0.5wt％～5wt％，优选为2wt％～3wt％，羧基含量太低会造成碳纳米管分散性太差，羧基含量太高会造成复合中空纤维膜导电性太差。
[0017]基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、商业TNACPS分散剂、商业TNDPS分散剂、商业Disponer983分散剂、商业XFZ33 NMP分散剂中的一种或两种以上的混合物；羧基化碳纳米管与分散剂质量比为0.5～5:1，优选羧基化碳纳米管与分散剂质量比为0.5～2:1。
[0018]基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮的一种或两种以上的混合物，控制溶质占溶液的质量分数为15％～30％，优选为20％～25％。
[0019]基于上述技术方案，进一步地，步骤(1)中羧基化碳纳米管与聚偏氟乙烯质量比为15～100:100，优选羧基化碳纳米管与聚偏氟乙烯质量比为1:2；羧基化碳纳米管占比太低会造成复合中空纤维膜导电性太差，羧基化碳纳米管占比太高会造成复合中空纤维膜机械强度太差。
[0020]基于上述技术方案，进一步地，步骤(2)中所述自支撑复合中空纤维膜的壳液流速与芯液流速比为0.5～5:1，优选壳液流速与芯液流速比为1:1。
[0021]基于上述技术方案，进一步地，步骤(2)中所述带内衬复合中空纤维膜纺丝液进样泵速度为10～50rpm/min，绕丝辊牵引内衬速度为10～30m/min，优选进样泵速度为20～30rpm/min，绕丝辊牵引内衬速度为13～18m/min。
[0022]基于上述技术方案，进一步地，所述带内衬复合中空纤维膜的内衬为编织管型内衬或钩织管型内衬，内衬材质无限制。
[0023]本专利技术另一方面提供上述制备方法得到的导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜的。
[0024]基于上述技术方案，进一步地，所述复合中空纤维膜的电导率范围为0.1S/m～100S/m。
[0025]本专利技术还提供一种电化学耦合膜分离组件，所述的电化学耦合膜分离组件含有上述的复合中空纤维膜。
[0026]基于上述技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)纺丝液的配制向溶剂中加入羧基化碳纳米管和分散剂，在40～80℃下搅拌使碳纳米管分散均匀，然后加入聚偏氟乙烯，再继续搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解，得到纺丝液；(2)湿法纺丝制备碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜湿法纺丝制备的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜包括自支撑复合中空纤维膜和带内衬复合中空纤维膜；自支撑复合中空纤维膜的制备过程为：将纺丝液真空脱泡后作为壳液、水作为芯液，同时通过纺丝机的喷丝板，控制壳液流速与芯液流速按一定速度比纺进水凝固浴中，得到自支撑复合中空纤维膜；带内衬复合中空纤维膜的制备过程为：将纺丝液真空脱泡后作为壳液，控制纺丝液进样泵速度和绕丝辊牵引内衬速度，将纺丝液和内衬通过喷丝板混合纺进水凝固浴中，得到带内衬复合中空纤维膜；将初步固化的碳纳米管
‑
聚偏氟乙烯复合中空纤维膜缠绕在绕丝辊上，纺丝结束后放入水中浸泡，去除有机溶剂和分散剂，之后自然风干并收集。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述羧基化碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管；羧基含量为0.5wt％～5wt％；所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、商业TNACPS分散剂、商业TNDPS分散剂、商业Disponer983分散剂、商业XFZ33 NMP分散剂中的一种或两种以上的混合物；羧基化碳纳米管与分散剂质量比为0.5～5:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮的一种或两种以上的混合物，控制溶质占溶液的质量分数为15％～30％；羧基化碳纳米管与聚偏氟乙烯质量比为15～100:100。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述自支撑复合中空纤维膜的壳液流速与芯液流速比为0.5～5:1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述带内衬复合中空纤维膜纺丝液进样泵速度为10～50rpm/min，绕丝辊牵引内衬速度为10～30m/min。6.权利要求1
‑...

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