[发明专利]一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备及膜污染在线监测技术

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备及膜污染在线监测技术。本发明以聚砜为成膜材料，碳纳米管和聚苯胺纳米纤维为填充剂，通过共混法和浸没相转化制备碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜。聚砜膜本身是不导电的，因此导电材料碳纳米管和聚苯胺的加入不仅改善了膜的通量、亲水性、机械强度等性能，而且提高了膜的导电性能。通过膜电阻的变化来反映膜通量的变化，从而可对膜污染情况进行实时监测。导电超滤膜的制备方法和工艺流程简单易操作，成本低，制备出的膜性能优异，膜污染的实时监测方法灵敏、简单，延长了膜的使用寿命，可用于污水处理，蛋白质分离等工业化领域。

技术领域

本发明属于改性超滤膜的制备及膜污染监测技术领域，涉及一种高渗透率、高截留率、亲水、导电的碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备及膜污染在线监测技术。

背景技术

随着人们对饮用水需求量及质量的要求越来越高，因此水处理膜在分离领域更是引起了研究学者们的关注。然而，膜污染一直是膜分离过程中不可避免的问题，它会导致膜的渗透率和使用寿命的降低，从而限制了膜的发展和应用。为了克服这一缺点，我们需要对膜进行改性来提高膜的抗污染性能，同时寻找一种简单灵敏的方法对膜污染进行在线实时监测，从而实现膜污染程度的及时发现及时处理。

一种新型的改性导电膜的制备为膜污染监测提供了可能。导电膜可以在导电回路中作为导电器件，从而在施加不断变化的电压之后，导电膜能有响应电流，因此通过这个电学信号转化成膜电阻的变化，即通过膜电阻的变化来反应膜污染情况，以达到膜污染的实时监测的目的。

导电膜的改性方法主要有共混改性和表面改性两种方法。其中共混改性由于其操作简单成本低等优点被广泛应用。共混法制备导电膜是通过加入导电纳米填料来调高膜的导电性，同时膜的渗透率、截留率和机械强度等性能也随之提高。聚苯胺由于其具有较高的比表面积和亲水基团，已广泛应用于超滤膜，同时聚苯胺由于其制备简单和化学稳定性也成为了一种理想的导电聚合物。碳纳米管因其优异的机械性能和导电性已作为导电纳米填料提高膜的各种性能。碳纳米管和聚苯胺在相转化过程中迁移到膜表面，从而在膜表面和膜内部构建相互连接的导电通道，从而提高膜的导电性。

发明内容

本发明的目的是通过共混法制备一种性能优异的碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜，该膜具有良好的渗透性、截留性、亲水性、抗污染性和机械强度等优点，并通过一种简单灵敏的方法监测膜电阻变化，并结合膜渗透量来反应膜污染情况。

本发明的技术方案如下：

一种碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备是以聚砜为基质成膜材料，碳纳米管和聚苯胺为导电纳米填料，通过共混法和浸没相转化法制备而成的碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜，从而应用于膜污染的实时监测。

上述碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备及污染监测可分为以下步骤：

(1)碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜的制备

首先用快速混合法制备聚苯胺纳米纤维，并和碳纳米管作为导电纳米填料溶于有机溶剂中搅拌超声分散一段时间后获得均匀的分散液，然后向分散液加入一定量的聚砜并加热搅拌配制铸膜液，将铸膜液超声后放入真空烘箱进行脱泡一定时间，再用一定厚度的刮膜棒在玻璃板上刮成膜并将其平稳地放到凝固浴中进行相转化制备平板膜。

(2)膜电阻测试

将制备好的碳纳米管/聚苯胺/聚砜导电超滤膜置于两钛电极板之间，并连接到电化学工作站中，通过测试方法中的线性扫描伏安法测试膜导电性能。

(3)膜污染监测

将导电膜放在膜池中，并连接到电化学工作站，记录一定时间内膜电阻和渗透量的变化，从而进行膜污染的实时在线监测。

本发明的主要创新点：