多壁碳纳米管/聚酰胺复合膜的制备与表征

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碳纳米管因其独特的孔道结构和较好的亲水性以及稳定的化学性能,高比表面积,具有很好的吸附性能,为复合膜提供了良好的载体和过滤介质,成为其中较理想的无机添加剂。本文以聚砜底膜为支撑膜,哌嗪和均苯三甲酰氯为单体,通过界面聚合并将改性后的多壁碳纳米管嵌入聚酰胺复合膜中。在此基础上,表征了复合膜,考察了其渗透性能和耐污染性能。首先采用混酸H2SO4/HNO3处理多壁碳纳米管制备了羧基化碳管,并与哌嗪反应制备胺化的多壁纳米碳管,将多壁碳纳米管进行亲水性极性处理;继而以多壁碳纳米管和甲基丙烯酸甲酯为原料,十二烷基硫酸钠为乳化剂,AIBN为偶联剂,采用微乳液聚合方法来接枝聚甲基丙烯酸甲酯,对多壁碳纳米管进行亲油性非极性处理。并对两者产物进行表征,表征结果显示所需的官能团都已成功接到多壁碳纳米管上,并用于复合膜的制备。以聚砜超滤膜为基膜,以均苯三甲酰氯为油相单体和哌嗪为水相单体,采用界面聚合法嵌入改性后的多壁纳米碳管制备聚酰胺复合膜。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)和静态接触角表征了复合膜的结构,结果表明基膜表面复合了一层聚哌嗪酰胺膜。继而对接枝聚甲基丙烯酸甲酯碳纳米管嵌入聚酰胺复合膜的制备方法进行了探索,对微乳液聚合的条件以及界面聚合制备复合膜的条件展开研究,详细研究了微乳液聚合的原料比、反应时间以及制膜过程中的水相浓度,有机相浓度,界面聚合反应时间,多壁碳纳米管浓度等制膜条件对复合纳滤膜分离性能的影响。最后将本实验制备的复合膜实际应用到对水中消毒副产物前驱物的去除当中,并进行了耐污染性能的测试,发现复合膜处理之后腐殖酸溶液的颜色明显消失,经紫外分光光度计测试脱除率基本达到99%以上,且长时间运行后经稀酸清洗,耐污染性恢复能力基本达到90%以上还用自制的电场对聚酰胺复合膜内的碳管定向排列进行尝试,分别考察了电场作用时间以及电场强度对其的影响,发现随着时间的增加或强度的增加复合膜的渗透性能有明显的变化,说明聚酰胺层内的碳管有在电场的作用下发生定向排列的可能。
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