[发明专利]以聚苯胺纳米材料制备纳米复合超滤膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备聚苯胺纳米复合超滤膜的方法，属于超滤膜制备领域。

背景技术

超滤技术从20世纪90年代在我国进行工业应用，目前已成为应用领域最为广泛的膜分离技术。它具有高效、节能和绿色的特点，在食品和乳品工业、纺织工业、皮革工业、制药工业、造纸工业和化学工业等领域取得了显著的社会、经济和环境效益。

超滤膜在实际应用过程中，浓差极化与膜污染问题导致膜的渗透通量下降，严重影响膜的正常使用。为提高超滤膜性能，研究者们对其进行吸附改性、接枝改性和共混改性。其中，共混改性由于操作简单、易于工业放大，成为研究的热点。纳米复合超滤膜就是利用纳米材料本身的亲水性及高的比表面能等特征，将纳米材料与聚合物膜材料共混制备的分离膜。

国内外制备纳米复合超滤膜采用的纳米材料有纳米SiO₂、TiO₂、碳纳米管和聚苯胺等。Bae等将TiO₂纳米颗粒分别与聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等膜材料共混制备纳米复合超滤膜，结果表明纳米复合超滤膜具有良好的抗污染性能(T.-H.Bae，T.-M.Tak，Effect ofTiO₂ nanoparticles on fouling mitigation of ultrafiltration membranes for activated sludgefiltration，J.Membr.Sci.249(2005)1-8)。Fan等报道了高性能聚苯胺纳米纤维/聚砜纳米复合超滤膜的制备方法(Z.F.Fan，Z.Wang，N.Sun，J.X.Wang，S.C.Wang，Performanceimprovement of polysulfone ultrafiltration membrane by blending with polyaniline nanofibers，J.Membr.Sci.320(2008)363-371；专利申请号：ZL200710060131)。但是，由于具有高的表面能，纳米材料很难均匀分散在高粘度的铸膜液中，这导致纳米材料与聚合物膜材料不能均匀共混，进而影响纳米材料对分离膜改性的效果。目前对纳米材料团聚问题的解决方法有两种：(1)采用超声波和高速搅拌等分散方式；(2)对纳米材料进行化学改性。这两种方法虽然改善了纳米材料的分散状态，但是过程繁琐，能耗高且效率低，不适合纳米复合超滤膜的工业化生产。

发明内容

本发明目的在于解决纳米材料的团聚问题，克服聚苯胺纳米复合超滤膜制备过程繁琐，不易工业化生产等缺陷。为此，本发明提供了一种易分散聚苯胺纳米材料用于纳米复合超滤膜的制备方法，该方法通过改善纳米材料的分散状态，使得纳米复合超滤膜的制膜过程简便，高效，成本低廉，容易工业化，所制得的聚苯胺纳米复合超滤膜亲水性明显改善，透过性能和抗污染性能显著提高。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种聚苯胺纳米复合超滤膜的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)易分散聚苯胺纳米材料的制备

将聚乙烯吡咯烷酮加入到去离子水中，配制成质量浓度为5％～10％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，之后向溶液中加入苯胺，使苯胺的质量浓度为1％～2％，搅拌2～4小时，得到A溶液；将与苯胺等摩尔浓度的过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液或它们的混合溶液，用盐酸或氨基磺酸调节溶液的pH为1.5～3.0，得到B溶液；按B溶液与A溶液的体积比为3∶7，将B溶液缓慢滴加到A溶液中，在反应温度0℃～5℃下，反应8～16小时后，向反应液加入丙酮，沉淀析出聚苯胺纳米材料，再用丙酮和去离子水交替洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到聚苯胺纳米材料；

(2)铸膜液的制备

将经步骤(1)得到的聚苯胺纳米材料分散在溶剂N，N-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种，聚苯胺纳米材料的质量浓度为0.1％～2.0％，之后再向聚苯胺纳米分散液中加入聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一种，使其质量浓度为10％～18％，搅拌至完全溶解后，静置8～20小时脱除气泡，得到铸膜液；

(3)纳米复合超滤膜的制备

将步骤(2)制得的铸膜液利用平板刮膜机或中空纤维纺丝机在环境温度15℃～50℃、相对湿度10％～60％下，刮制成厚度为150μm～300μm的平板膜或纺制成直径为2mm～8mm的中空纤维膜，经预蒸发10s～120s后，浸入去离子水凝固浴中，静置8～20小时得到平板或中空纤维聚苯胺纳米复合超滤膜。