一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜、制备方法及其应用技术

一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜、制备方法及其应用，属于高分子膜表面修饰及制备技术领域。本发明专利技术采用一体化制备了PANI/PAEK多孔膜，PANI的原位生长实现了对PAEK表面微纳结构的调控。本发明专利技术制备过程简单、高效，实现了膜表面PANI微纳结构的调控。本发明专利技术充分利用无机粒子的氧化性和表面聚集，实现了PANI在其表面富集以及均匀生长。同时表面PANI实现了对底层PAEK的均匀覆盖在调控表面微纳结构的同时增加了膜的亲水性。本发明专利技术所述方法充分综合了PANI导电的特性以及表面富集的特点，在膜分离、油水分离、光催化分离、通电分离材料、pH响应以及通电响应等领域有着潜在的发展空间和应用。的发展空间和应用。的发展空间和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于高分子膜表面修饰及制备
，具体涉及一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]膜分离技术是一种高效、节能的分离方法，在水处理、食品、医药、环保、化工、冶金等领域有着广泛的应用。随着工业的发展，分离膜需要具备亲水、耐溶剂以及制备简单等优点。聚芳醚酮(PAEK)材料作为一种典型特种工程塑料，具有优异的热稳定性、良好的机械性质。同时，因其具备良好的耐溶剂特性，被广泛应用在膜分离领域。但PAEK材料因其难以溶液加工，限制了其在分离膜领域的特性，同样因其表面的疏水性以及官能团活性低等问题难以实现其他材料的表面附着。
[0003]聚苯胺(PANI)作为一种含有丰富N元素的亲水聚合物，在膜分离领域有着显著的应用，同时对于减少膜污染有着显著的影响效果。聚苯胺独特的掺杂和脱掺杂性质为分离膜选择透过性能的提高提供了新的契机。不同的掺杂程度可以改变聚苯胺膜的孔结构，进而改变分离性能。前人通常采用物理共混或添加苯胺单体聚合等方式制备PANI基分离膜。但PANI刚性较强易团聚，无法在其他材料表面进行修饰。目前报道的大部分创新性分离膜改性研究会增加分离膜的制备步骤，提高生产成本。
[0004]本专利技术以聚芳醚胺膜为模板，提出一种简单高效一步法的方式制备了聚苯胺/聚芳醚酮(PANI/PAEK)膜。采用后处理的方式，实现了本专利技术突破物理共混和化学添加后修饰的方式，采用全新的利用PANI原位生长的方式对膜表面的微观形貌进行调控。本专利技术制备的PANI/PAEK膜在膜分离领域、通电分离、pH响应以及通电响应等方面有着显著的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在于针对现有的技术的不足，提供一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜、制备方法及其应用。
[0006]本专利技术所述的一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜的制备方法，其具体步骤如下：
[0007]1)一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜制备方法，采用一步法由聚芳醚胺(PAEKt)膜转变为PANI/PAEK膜，所用的专用聚芳醚胺树脂的结构如下式所示，
[0008][0009]n为正整数表示聚合度，其中，a、b、X、Y为正整数，Y≥1；
[0010]将聚芳醚胺(PAEKt)、成孔剂和无机纳米粒子加入到有机溶液中，搅拌至完全溶解，制备得到PAEKt铸膜液；PAEKt铸膜液中，PAEKt树脂的质量分数为10％～25％；成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、丙酮中的一种或多种，质量分数为1％～15％；无机纳米粒子为氧化石墨烯、金属有机框架材料(MOF)、TiO2、共价有机框架材料(COF)中的一种或多种，质量分数为0～4％；有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、三氯甲烷、四氢呋喃中的一种或多种；
[0011]2)制备PAEK t多孔膜：利用溶液致相分离的方法，将步骤1)得到的PEAKt铸膜液倒在干净的玻璃板上，利用100～300μm厚的刮刀进行刮膜，挥发5～60s后，放入凝固浴中，凝固浴为超纯水、乙醇、盐酸中的一种或多种，在玻璃板上制备得到PAEKt多孔膜；或利用静电纺丝技术，将步骤1)得到的PEAKt铸膜液放在注射器内进行纺丝，注射器喷丝头到底板的距离为10～20cm，纺丝电压为10～25KV，铸膜液流速为0.3～1.0mL
·
h
‑1，纺丝时间为20～120min，在底板上制备得到PAEKt纳米纤维膜；
[0012]3)采用非均相水解协同氧化偶联的方法制备PANI/PAEK多孔复合膜：配置不同氧化剂的酸溶液，其中氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、重铬酸钾、氯化铁中的一种或多种，酸为盐酸、硫酸、植酸、磺基水杨酸、苯磺酸、醋酸、对甲苯磺酸中的一种或多种，酸浓度为0.1M～6.0M，氧化剂浓度为0.037M～0.6M；将步骤2)得到的PAEKt多孔膜或PAEKt纳米纤维膜加入到含有氧化剂的酸溶液中，并将其放入反应釜中，在20～80℃下进行反应，反应时间为1～10h，聚芳醚胺多孔膜(PAEKt)或PAEKt纳米纤维膜与含有氧化剂的酸溶液的用量比为0.1g：5～160mL；最后，将得到的膜用乙醇和水分别清洗3～5次，再在50～80℃下烘干，从而得到本专利技术所述的具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜。
[0013]与现有的技术相比，本专利技术的创新性及优势为：
[0014]本专利技术采用一体化制备了PANI/PAEK复合膜，PANI的原位生长实现了对PAEK表面微纳结构的调控。采用PAEKt多孔膜或PAEKt纳米纤维膜为模板一体化制备PANI/PAEK复合膜，相比于其他表面修饰处理技术，本专利技术制备过程简单、高效，实现了膜表面PANI微纳结构的调控。采用一体化无添加的方式原位制备的PANI/PAEK复合膜增加了膜的界面相容性，同时表面PANI实现了对底层PAEK的均匀覆盖，在调控表面微纳结构的同时增加了膜的亲水性。本专利技术充分利用无机纳米粒子的氧化性和表面聚集，实现了PANI在其表面富集以及表层PANI与底层PAEK的良好融合。本专利技术通过优化处理过程中酸的种类、酸浓度、氧化剂浓度、温度、时间等，得到了分离性能更好的膜材料，膜通量达到311L m
‑2h
‑1bar
‑1，牛血清白蛋白截留率达到97％。在技术探索过程中，成孔剂的量的增加对于孔隙率以及孔尺寸的增加有着显著的影响，但在制备过程中为进一步制备得到高性能膜材料，本专利技术对成孔剂的用量进行了调控。PANI的表面富集使膜的表面亲水性增加，抗污染性增加。采用本专利技术方法制
备的PANI/PAEK复合膜实现了PANI在膜表面的均匀覆盖、不易团聚且含量较高。本专利技术方法充分综合了PANI亲水以及导电的特性以及表面富集的特点，在膜分离、油水分离、光催化分离等有着显著的应用。同时，基于PANI在膜表面的富集以及其在不同氧化还原态的变化，在酸掺杂等方面尺寸的调控，制备得到的PANI/PAEK复合膜可进一步用在通电分离材料、pH响应以及通电响应等领域有着潜在的发展空间和应用。
附图说明
[0015]图1是实施例1制备得到的PANI/PEEK多孔复合膜的红外谱图。图中所示的PANI/PEEK多孔复合膜在1650cm
‑1处出现了C＝O键振动峰，1306cm
‑1处出现了N
‑
Ph
‑
N的C
‑
N键的特征峰，证明PANI/PEEK多孔复合膜被成功制备。
[0016]图2是实施例1制备的PEEKt多孔膜和实施例1制备的PANI/PEEK多孔复合膜表面的扫描电镜图，图a是PANI/PEEK多孔复合膜，图b是PEEKt多孔膜。从图中可以看出，合成出的PANI/PEEK多孔复合膜表面存在白色颗粒，由此证明合成出来PANI成功在膜表面进行修饰且材料分散均匀不易团聚。
[0017]图3是实施例7制备得到的PEE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有电化学响应的聚苯胺/聚芳醚酮复合膜的制备方法，其步骤如下：1)将结构式如下所示的聚芳醚胺、成孔剂和无机纳米粒子加入到有机溶液中，搅拌至完全溶解，制备得到聚芳醚胺铸膜液；聚芳醚胺铸膜液中，聚芳醚胺的质量分数为10％～25％；成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、丙酮中的一种或多种，质量分数为1％～15％；无机纳米粒子为氧化石墨烯、金属有机框架材料、TiO2、共价有机框架材料中的一种或多种，质量分数为0％～4％；n为正整数表示聚合度，其中，a、b、X、Y为正整数，Y≥1；2)制备聚芳醚胺多孔膜：将步骤1)得到的聚芳醚胺铸膜液倒在干净的玻璃板上，利用100～300μm厚的刮刀进行刮膜，挥发5～60s后，放入凝固浴中，凝固浴为超纯水、乙醇、盐酸中的一种或多种，在玻璃板上制备得到聚芳醚胺多孔膜；或将步骤1)得到的聚芳醚胺铸膜液放在注射器内进行静电纺丝，得到聚芳醚胺纳米纤维膜；3)配置氧化剂的酸溶液，酸浓度为0.1M～6.0M，氧化剂浓度为0.037M～0.6M；将步骤2)得到的聚芳醚胺多孔膜或聚芳醚胺纳米纤维膜加入到含有氧化剂的酸溶液中，并将其放入反应釜中，在20～80℃下进行反应，反应时间为1～10h，聚芳醚胺多孔膜或聚芳醚胺纳米纤维膜与含有氧化剂的酸溶液的用量比为0.1g：5～160mL；...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞金辉，林子瑜，赵博骞，张海博，姜振华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：