一種定向碳納米管納濾膜的制備方法技術

一種定向碳納米管納濾膜的制備方法，采用化學氣相沉積法生長垂直排列的碳納米管陣列，碳納米管直徑為2-30nm，碳納米管陣列高度為300-2000μm；將所述的碳納米管陣列夾持在兩平板之間，施加1-10N的壓力，同時沿水平相反方向推動兩平板，獲得水平定向排列的碳納米管薄膜；浸入液體溶劑，5-30分鐘后取出；在自然通風條件下放置2-24小時，待溶劑完全蒸發后從平板表面剝離，得到水平致密排列的定向碳納米管薄膜；以碳納米管間的均勻孔隙為氣體及液體分子的過濾孔道，獲得定向碳納米管納濾膜。該濾膜具有孔隙均勻可控、柔韌性與導電性良好、制備方法簡便等優點。用于飲用水凈化、廢水處理、病毒過濾等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，制備水平定向排列碳納米管薄膜，并以碳納米管間納米孔隙為過濾通道，用于飲用水凈化、廢水處理、病毒過濾、藥物分離等領域。
技術介紹
納濾膜通常是指透過物尺寸小于IOnm的濾膜，介于反滲透膜及超濾膜之間，濾膜孔結構為IOnm以下。其應用范圍相當廣泛，包括海水淡化和軟化、工業廢水處理、氣體分離、藥物輸送、食品加工等，涉及能源、資源、生物制藥、環境治理等多個領域，主要通過溶解-擴散或者電效應來達到選擇性輸運的目的。目前常用的納濾膜多為聚合物復合膜，這些聚合物膜的滲透率低，選擇性不佳，從而限制了納濾膜的廣泛應用。為了改善聚合物納濾膜的性能，人們多采用向聚合物中添加沸石或碳分子篩等無機材料的方法。近來，人們通過分子動力學研究發現，碳納米管原子級光滑的內表面有利于氣體和液體分子的快速輸運。利用碳納米管的這一特性，人們采用聚合物或陶瓷材料填充碳納米管陣列間隙，從而制備出以碳納米管內孔為過濾通道的垂直碳納米管復合濾膜，并獲得了遠高于理論模型預測的滲透速率。然而，垂直碳納米管復合濾膜的孔隙率通常低于1%，因此透過總膜面積的氣體流量不高。另外，垂直碳納米管復合濾膜制備過程中，通常需要采用復雜的半導體加工工藝，如化學氣相沉積與 反應離子刻蝕等，因而成本較高。Yu Miao等人(M.Yu, HH Funke, JL Falconer, RD Nobel.Nano Lett, 2009，9:225-229.)2009 年提出，將經液體毛細管力致密化后的垂直碳納米管固體用作過濾膜，通過同時利用碳納米管間隙及內孔為過濾通道，可獲得極高的氣體輸運速率及良好的液體過濾效果。但是，該類型三維結構的碳納米管固體難以實現可控制備，因而不可能在生產實際中獲得推廣應用。
技術實現思路
本專利技術公開了一種定向碳納米管納濾膜制備方法，其目的在于克服現有垂直碳納米管復合濾膜孔隙率低、制備工藝復雜；致密化碳納米管固體濾膜制備可控性不佳等弊端。本專利技術提出的定向碳納米管納濾膜，具有孔隙均勻、柔韌性好、導電性與熱穩定性佳、制備方法簡便等優點。一種定向碳納米管納濾膜，采用化學氣相沉積方法生長碳納米管陣列，其特征在于:A)所述碳納米管為垂直排列的碳納米管陣列，碳納米管的直徑為2_30nm，碳納米管陣列高度為300-2000μπι;B)將步驟A所述的碳納米管樣品夾持在兩平板之間，施加1-10Ν的壓力，同時沿水平相反方向推動兩平板，獲得水平定向排列的碳納米管薄膜；C)將步驟B所述的碳納米管薄膜固定于兩平板之間，并浸入液體溶劑，5-30分鐘后取出；在自然通風條件下放置2-24小時，待溶劑完全蒸發后從平板表面剝離，即可獲得水平致密排列的定向碳納米管薄膜；D)以步驟C得到的定向碳納米管薄膜為過濾膜，以碳納米管間的均勻孔隙為氣體及液體分子的過濾孔道，獲得定向碳納米管納濾膜。所述的定向碳納米管納濾膜，孔徑尺寸小于15nm。所述步驟C)所用液體溶劑包括純水、及酒精、丙酮與正己烷溶液。本專利技術的優點在于:制備工藝簡便，可通過推壓力的大小及不同表面張力溶劑的選擇調控碳納米管間的孔隙尺寸；所獲得產品柔韌性、導電性與熱穩定性良好。該定向碳納米管納濾膜用于飲用水凈化、廢水處理、病毒過濾、藥物分離等領域。附圖說明圖1.本專利技術碳納米管陣列的掃描電鏡照片；圖2.本專利技術推壓法制備定向碳納米管薄膜示意圖。圖3.Ag膠體顆粒溶液經納濾膜過濾前、后的吸光度測試圖譜。圖3的橫坐標為波長，縱坐標為吸光度。具體實施例方式以下結合實施例 對本專利技術
技術實現思路
作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本專利技術，凡是采用本專利技術的相似方法及其相似變化，均應列入本專利技術的保護范圍。實施例1步驟1.碳納米管陣列生長以單晶Si片為襯底，Al2O3薄膜(30nm)負載的Fe (l_2nm)為催化劑，采用管徑I英寸的化學氣相沉積設備生長碳納米管陣列。具體的工藝條件為:生長溫度800°C，高純Ar與H2為載氣，C2H4為碳源氣體(流量60sccm)，總氣體流量為600sccm，生長時間8分鐘。圖1為所生長碳納米管陣列的掃描電鏡照片；所述碳納米管為垂直排列的碳納米管陣列，碳納米管的平均直徑為8nm，碳納米管陣列高度約為900 μ m ;步驟2.水平定向排列碳納米管薄膜的制備將碳納米管陣列樣品固定于兩載玻片之間，對上下載玻片施加IN的壓力，同時沿相反方向推動兩載玻片，如圖2所示。通過該推壓法，可將垂直排列的碳納米管轉變為水平定向排列的碳納米管薄膜。步驟3.碳納米管薄膜的溶液毛細管力處理將碳納米管薄膜夾在兩載玻片之間，浸入50%的酒精溶液30分鐘后取出，在自然通風條件下放置10小時，溶液蒸發后即可獲得水平致密排列、孔隙更加均勻的定向碳納米管薄膜；以得到的定向碳納米管薄膜為過濾膜，以碳納米管間的均勻孔隙為氣體及液體分子的過濾孔道，獲得定向碳納米管納濾膜。所述的定向碳納米管納濾膜，孔徑尺寸小于IOnm0步驟4.定向碳納米管納濾膜的性能測試將納濾膜樣品密封在預先打孔的鋁膠帶之間，即可測試氣體通過濾膜的滲透速率。表I比較了 N2通過碳納米管聚合物復合濾膜及定向碳納米管納濾膜的輸運性能。表1.N2在碳納米管復合濾膜及定向碳納米管納濾膜中的滲透速率比較本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種定向碳納米管納濾膜，采用化學氣相沉積方法生長碳納米管陣列，其特征在于：A）所述碳納米管為垂直排列的碳納米管陣列，碳納米管的直徑為2?30nm，碳納米管陣列高度為300?2000μm；B）將步驟A所述的碳納米管樣品夾持在兩平板之間，施加1?10N的壓力，同時沿水平相反方向推動兩平板，獲得水平定向排列的碳納米管薄膜；C）將步驟B所述的碳納米管薄膜固定于兩平板之間，并浸入液體溶劑，5?30分鐘后取出；在自然通風條件下放置2?24小時，待溶劑完全蒸發后從平板表面剝離，即可獲得水平致密排列的定向碳納米管薄膜；D）以步驟C得到的定向碳納米管薄膜為過濾膜，以碳納米管間的均勻孔隙為氣體及液體分子的過濾孔道，獲得定向碳納米管納濾膜。

【技術特征摘要】
1.一種定向碳納米管納濾膜，采用化學氣相沉積方法生長碳納米管陣列，其特征在于: A)所述碳納米管為垂直排列的碳納米管陣列，碳納米管的直徑為2-30nm，碳納米管陣列高度為300-2000 μ m ； B)將步驟A所述的碳納米管樣品夾持在兩平板之間，施加1-10N的壓力，同時沿水平相反方向推動兩平板，獲得水平定向排列的碳納米管薄膜； C)將步 驟B所述的碳納米管薄膜固定于兩平板之間，并浸入液體溶劑，5-30分鐘后取出；在自然通風條...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙斌，楊俊和，張磊，方凱，王艷，嚴勝杰，潘斌斌，唐志紅，楊光智，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：