[发明专利]改性碳纳米管与PVDF杂化制备阴离子交换膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴离子交换膜及其制备方法，尤其是涉及一种由改性碳纳米管与PVDF杂化制备的阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

离子交换膜由于其独特的荷电特性，可以对离子进行分离分级，这种技术已广泛应用于环境保护、能源开发和化工生产等领域。电渗析中，由于浓差极化等问题的存在，使得阴离子交换膜表面容易产生沉淀物而结垢，影响其使用寿命。此外，在用于工业废水和污水处理等领域时，普通阴离子交换膜由于化学稳定性、机械稳定性和亲水性较差，很难长期稳定地运行，且普通阴离子交换膜的离子交换容量和电导率低，不能及时有效地按要求去除离子，使得工艺复杂化，运行时间加长。

由于聚偏氟乙烯(PVDF)具有诸多优异的性质，越来越多的学者选择将其作为膜材料进行研究。《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，340，2009，206-213)报导了利用纳米二氧化硅与PVDF共混制备阴离子交换膜的研究，纳米二氧化硅的加入提高了膜的含水率、离子交换容量等性质，但是由于纳米二氧化硅是无机物质，很难与有机高分子PVDF紧密结合，这种膜在使用过程中可能存在纳米二氧化硅流失问题，一方面带来二次水污染，另一方面降低膜的使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了提高PVDF阴离子交换膜的亲水性、离子交换容量、化学稳定性和机械稳定性，延长其在较恶劣水质条件下的使用寿命，减少二次水污染，而提供了一种由改性碳纳米管与PVDF杂化制备的阴离子交换膜及该阴离子交换膜的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种由改性碳纳米管与PVDF杂化制备的阴离子交换膜，该阴离子交换膜由包括以下组分及重量百分比的原料制成：

改性碳纳米管                0.1-10；

PVDF                         5-35；

氯甲基苯乙烯                  1-20；

二乙烯苯                      1-20；

有机溶剂                     25-85；

甲基丙烯酸缩水甘油酯              5-45；

聚乙烯吡咯烷酮                0.01-1；

过氧化苯甲酰                  0.01-3。

作为优选，该阴离子交换膜由包括以下组分及重量百分比的原料制成：

改性碳纳米管                  1；

PVDF                       15；

氯甲基苯乙烯                 6；

二乙烯苯                     4；

有机溶剂                    53；

甲基丙烯酸缩水甘油酯             20；

聚乙烯吡咯烷酮               0.5；

过氧化苯甲酰               0.5。

所述的改性碳纳米管改性前为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，单壁碳纳米管或多壁碳纳米管的直径为0.4-50nm，长度为10-10000nm。

所述的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。

一种改性碳纳米管与PVDF杂化制备阴离子交换膜的方法，该方法包括以下步骤：

(1)对碳纳米管进行改性处理，得到改性碳纳米管；

(2)将改性碳纳米管加入到有机溶剂中，超声分散，得到含改性碳纳米管的溶液；

(3)将PVDF分批边搅拌边加入到含改性碳纳米管的溶液中，随后加入氯甲基苯乙烯、二乙烯苯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙烯吡咯烷酮及过氧化苯甲酰，将混合液搅拌均匀后超声处理，然后磁力搅拌，密闭，避光静置，脱泡，得铸膜液；

(4)在室温下，将铸膜液在玻璃板上流延成膜，静置5-10min后，对玻璃板加热，然后室温下冷却后，将玻璃板浸入乙醇水溶液中，待膜从玻璃板上脱落后，将膜风干，得到基膜；

(5)基膜季胺化处理：在室温下将步骤(4)所得的基膜放入三甲胺水溶液中浸渍，然后用去离子水反复清洗，即得改性碳纳米管与PVDF杂化制备的阴离子交换膜。

步骤(1)所述的对碳纳米管进行改性处理具体包括以下步骤：