一种新型碳纳米管分离膜的使用及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，包括如下步骤：(1)制备多孔碳纳米管分离膜；(2)将需要分离的混合物与步骤(1)制备的多孔碳纳米管分离膜接触，然后通过过滤或渗透方式，实现物质的分离。本发明专利技术还提供了一种新型碳纳米管分离膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将碳纳米管经过处理制成管壁有孔的多孔碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的多孔碳纳米管制成分离膜。本发明专利技术将碳纳米管制成多孔碳纳米管分离膜，然后利用碳纳米管的端口和这些管壁上的孔洞陷作为入口，结合碳纳米管的管径大小来实现多种介质的分离。

【技术实现步骤摘要】
一种新型碳纳米管分离膜的使用及制备方法
本专利技术涉及碳纳米管分离膜领域，具体涉及的是一种新型碳纳米管分离膜的使用及制备方法。
技术介绍
自从碳纳米管被发现以来，由于其独特的管状结构，物理及化学性质，碳纳米管被认为是一种理想的制备分离膜的材料，基本原理是利用碳纳米管的端口作为入口，利用碳纳米管的管径的大小或结合碳纳米管端口的功能化，来实现分离。在利用碳纳米管制备分离膜方面，HindsBJ等(HindsBJ,ChopraNetal.,Science,2004,303,62-65)用垂直的碳纳米管阵列制备了碳纳米管分离膜，利用聚苯乙烯(polystyrene)来填充碳纳米管之间的孔隙，HoltJK等(HoltJK,ParkGKetal.,Science,2006,312,1034-1037)利用垂直的碳纳米管结合微制造的方法制备了碳纳米管分离膜，利用Si3N4材料来填充碳纳米管之间的孔隙，这些碳纳米管分离膜是含碳纳米管的复合膜。这种利用垂直碳纳米管阵列来制备基于碳纳米管的分离膜的方法，由于涉及到碳纳米管的管径及密度的控制和分离膜的制备技术，制备碳纳米管分离膜的难度比较高，也不易规模化。在利用无序的碳纳米管制备分离膜方面，YangHY等(YangHY,HanZJetal.,NatureComm.,2013,4,2220,DOI:10.1038/ncomms3220)利用超长碳纳米管的表面吸附效应来进行水处理和纯化，这种方法没有充分利用碳纳米管的内部孔隙来进行分离。这类碳纳米管分离膜是纯碳纳米管的膜，利用载体来支撑碳纳米管分离膜。在对碳纳米管进行处理制备含羟基(-OH),羧基(-COOH)等官能团方面，HindsBJ等(HindsBJ,ChopraNetal.,Science,2004,303,62-65)用垂直的碳纳米管阵列制备了碳纳米管分离膜，经过等离子体氧化处理在碳纳米管的端口产生羧基(-COOH)官能团，这种带羧基(-COOH)官能团的碳纳米管可以进一步制得含酰胺官能团(-CONHR)的碳纳米管，这种功能化的碳纳米管可以影响碳纳米管分离膜的离子通量；YangHY等(YangHY,HanZJetal.,NatureComm.,2013,4,2220,DOI:10.1038/ncomms3220)对无序的碳纳米管制备的碳纳米管分离膜分别通过酸处理和表面处理，在碳纳米管表面产生羧基(-COOH)官能团，对碳纳米管分离膜的吸附效应产生的水处理有明显的效果，QiuS等(QiuS,WuL,etalJ.MembraneSci.,2009,342,165)通过对碳纳米管进行酸的化学处理，在碳纳米管上产生含羟基(-OH),羧基(-COOH)等官能团，然后再通过进一步的反应产生含酰胺官能团(-CONHR)，酯(-COOR)，酰胺官能团(-CONHR)的碳纳米管，功能化的碳纳米管和聚合物一起制备含碳纳米管的复合膜。另一方面，利用石墨烯的二维结构和层状结构可以制备基于石墨烯的分离膜，SunP(SunP,,WangK.,ZhuH.,Adv.Mater.2016,28(12):2287-2310)概述了石墨烯分离膜的基本原理和需要改进的地方，其原理是利用石墨烯结构的缺陷，或/和利用石墨烯片层之间的距离大小来实现分离，这种分离膜的缺陷是石墨烯的片状结构，在分离过程产生的压力下容易发生石墨烯片状重叠，减少介质通过的通量，为了避免通量的减少，需要隔离物质以降低石墨烯片状重叠的影响。另一方面，LiH等(LiH,SongZ.etal.,Science,2013,342,91-95),和NairR(NairR.,WuH.etal.,Science,2012,335,442-444)研究了含石墨烯膜的气体分离研究，SaufiS等(SaufiS.,IsmailA.Carbon,2004,42,241-259)比较全面介绍了含碳材料的膜在气体分离中的应用。总体上，这些膜的性能还需提高。综上，如何克服碳纳米管分离膜和石墨烯分离膜等存在的不足，便成为本领域技术人员亟需解决的问题之一。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型碳纳米管分离膜的使用及制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，包括如下步骤：(1)制备多孔碳纳米管分离膜；(2)将需要分离的混合物与步骤(1)制备的多孔碳纳米管分离膜接触，然后通过过滤或渗透方式，实现物质的分离。进一步的，通过抽滤方式，实现物质的分离。基于前述内容本专利技术还提供了一种新型碳纳米管分离膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将碳纳米管经过处理制成管壁有孔的多孔碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的多孔碳纳米管制成多孔碳纳米管分离膜。进一步的，所述步骤(2)包括如下步骤：a.将步骤(1)制得的多孔碳纳米管分散在溶剂里，制成悬浮分散液；b.将步骤a制得的悬浮分散液的溶剂去除，制成分离膜。更进一步的，步骤(a)分散在溶剂里的多孔碳纳米管，通过超声的方法制成悬浮分散液。再进一步的，步骤b中悬浮分散液的溶剂去除的方法为：将多孔碳纳米管的悬浮分散液输入含支撑载体的过滤容器中，然后通过过滤去除溶剂。再进一步的，通过抽滤方式去除溶剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将碳纳米管制成多孔碳纳米管分离膜，然后利用碳纳米管的端口和这些管壁上的孔作为入口，结合碳纳米管的管径大小来实现对物质的分离；在多孔碳纳米管分离膜里，碳纳米管可以是无序排列方式，水平排列、或倾斜排列或垂直排列均可，这有效解决了碳纳米管的管径及密度的控制造成制备碳纳米管分离膜的难度比较高，也不易规模化的缺点。并且，虽然碳纳米管管壁上有孔，但是碳纳米管的的管状结构没有被破坏，不会出现石墨烯片状重叠的情况。附图说明图1为普通碳纳米管分离膜的分离机理示意图。图2为多孔碳纳米管分离膜的分离机理示意图。图3为多孔碳纳米管分离膜分离效果对比图。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不仅限于以下实施例。多孔碳纳米管：管壁具有若干个孔洞的碳纳米管。一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，包括如下步骤：(1)制备多孔碳纳米管分离膜；(2)将需要分离的混合物与步骤(1)制备的多孔碳纳米管分离膜接触，然后通过抽滤方式，实现物质的分离。当分离的是气体物质时通过渗透方式进行分离。碳纳米管可以是单壁、双壁或多壁碳纳米管，碳纳米管存在的状态可以是无序的碳纳米管粉末或液体悬浮液。多孔碳纳米管分离膜中的碳纳米管的排列方式可以是无序的，水平排列、或倾斜排列或垂直排列均可。进一步的改进中，步骤(1)制成的多孔碳纳米管分离膜可以在管内填充填充物，以改变其过滤属性，满足不同分离需求，同样也可以对该多孔碳纳米管分离膜的多孔碳纳米管管壁的孔洞或端口进行功能化处理，以改变其过滤属性，满足不同分离需求。基于前述内容本专利技术还提供了一种新型碳纳米管分离膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将碳纳米管经过处理制成管壁有孔洞的多孔碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的多孔碳纳米管制成分离膜。具体来讲，所述步骤(2)包括如下步骤：a.将步骤(1)制得的多孔碳纳米管分散在溶剂里，通过超声的方法制成悬浮分散液；溶剂可以是水、极性溶剂等；b.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备多孔碳纳米管分离膜；(2)将需要分离的混合物与步骤(1)制备的多孔碳纳米管分离膜接触，然后通过过滤或渗透方式，实现物质的分离。

【技术特征摘要】
1.一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备多孔碳纳米管分离膜；(2)将需要分离的混合物与步骤(1)制备的多孔碳纳米管分离膜接触，然后通过过滤或渗透方式，实现物质的分离。2.根据权利要求1所述的一种新型碳纳米管分离膜的使用方法，其特征在于，通过抽滤方式，实现物质的分离。3.一种新型碳纳米管分离膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将碳纳米管经过处理制成管壁有孔的多孔碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的多孔碳纳米管制成多孔碳纳米管分离膜。4.根据权利要求3所述的一种新型碳纳米管分离膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐赐刚，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51