[发明专利]一种定向碳纳米管纳滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向碳纳米管纳滤膜的制备方法，制备水平定向排列碳纳米管薄膜，并以碳纳米管间纳米孔隙为过滤通道，用于饮用水净化、废水处理、病毒过滤、药物分离等领域。

背景技术

纳滤膜通常是指透过物尺寸小于10nm的滤膜，介于反渗透膜及超滤膜之间，滤膜孔结构为10nm以下。其应用范围相当广泛，包括海水淡化和软化、工业废水处理、气体分离、药物输送、食品加工等，涉及能源、资源、生物制药、环境治理等多个领域，主要通过溶解-扩散或者电效应来达到选择性输运的目的。

目前常用的纳滤膜多为聚合物复合膜，这些聚合物膜的渗透率低，选择性不佳，从而限制了纳滤膜的广泛应用。为了改善聚合物纳滤膜的性能，人们多采用向聚合物中添加沸石或碳分子筛等无机材料的方法。

近来，人们通过分子动力学研究发现，碳纳米管原子级光滑的内表面有利于气体和液体分子的快速输运。利用碳纳米管的这一特性，人们采用聚合物或陶瓷材料填充碳纳米管阵列间隙，从而制备出以碳纳米管内孔为过滤通道的垂直碳纳米管复合滤膜，并获得了远高于理论模型预测的渗透速率。然而，垂直碳纳米管复合滤膜的孔隙率通常低于1%，因此透过总膜面积的气体流量不高。另外，垂直碳纳米管复合滤膜制备过程中，通常需要采用复杂的半导体加工工艺，如化学气相沉积与反应离子刻蚀等，因而成本较高。Yu Miao等人（M.Yu,HH Funke,JL Falconer,RD Nobel.Nano Lett,2009,9:225-229.）2009年提出，将经液体毛细管力致密化后的垂直碳纳米管固体用作过滤膜，通过同时利用碳纳米管间隙及内孔为过滤通道，可获得极高的气体输运速率及良好的液体过滤效果。但是，该类型三维结构的碳纳米管固体难以实现可控制备，因而不可能在生产实际中获得推广应用。

发明内容

本发明公开了一种定向碳纳米管纳滤膜制备方法，其目的在于克服现有垂直碳纳米管复合滤膜孔隙率低、制备工艺复杂；致密化碳纳米管固体滤膜制备可控性不佳等弊端。本发明提出的定向碳纳米管纳滤膜，具有孔隙均匀、柔韧性好、导电性与热稳定性佳、制备方法简便等优点。

一种定向碳纳米管纳滤膜，采用化学气相沉积方法生长碳纳米管阵列，其特征在于：

A）所述碳纳米管为垂直排列的碳纳米管阵列，碳纳米管的直径为2-30nm，碳纳米管阵列高度为300-2000μm；

B）将步骤A所述的碳纳米管样品夹持在两平板之间，施加1-10N的压力，同时沿水平相反方向推动两平板，获得水平定向排列的碳纳米管薄膜；

C）将步骤B所述的碳纳米管薄膜固定于两平板之间，并浸入液体溶剂，5-30分钟后取出；在自然通风条件下放置2-24小时，待溶剂完全蒸发后从平板表面剥离，即可获得水平致密排列的定向碳纳米管薄膜；

D）以步骤C得到的定向碳纳米管薄膜为过滤膜，以碳纳米管间的均匀孔隙为气体及液体分子的过滤孔道，获得定向碳纳米管纳滤膜。

所述的定向碳纳米管纳滤膜，孔径尺寸小于15nm。

所述步骤C）所用液体溶剂包括纯水、及酒精、丙酮与正己烷溶液。

本发明的优点在于：

制备工艺简便，可通过推压力的大小及不同表面张力溶剂的选择调控碳纳米管间的孔隙尺寸；所获得产品柔韧性、导电性与热稳定性良好。该定向碳纳米管纳滤膜用于饮用水净化、废水处理、病毒过滤、药物分离等领域。

附图说明

图1.本发明碳纳米管阵列的扫描电镜照片；

图2.本发明推压法制备定向碳纳米管薄膜示意图。

图3.Ag胶体颗粒溶液经纳滤膜过滤前、后的吸光度测试图谱。

图3的横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明技术内容作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

【实施例1】

步骤1.碳纳米管阵列生长