【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜、制备方法及用途，属于分离膜材料制备及应用。
技术介绍
1、常规的海水淡化技术可分为两类：热法和膜法。热法主要包括多级闪蒸和多效蒸发。虽然热法海水淡化技术已经成熟，但其能耗和运营成本较高，难以普及应用。膜法，即膜分离技术，目前主流的膜法海水淡化技术主要是反渗透。然而，该技术存在着操作压力高、受盐度影响大、膜污染和结垢严重等问题。膜蒸馏(md)作为一种将膜分离技术与蒸馏工艺相结合的新兴脱盐技术，由于其截留率高、对盐浓度不敏感以及能够利用低品位热能等优点，近年来引起了人们的极大关注。md技术以疏水性微孔膜为介质，进料液中的挥发性组分在跨膜蒸汽压差的作用下以蒸汽的形式通过膜孔，而其他非挥发性组分则被截留在进料液内，从而达到产品分离纯化的目的。
2、高水通量和优异抗润湿性是md技术在高盐废水处理中实际应用的两个重要挑战。一方面，高水通量的疏水膜意味着高处理效率。根据达西定律，跨膜通量(j)与疏水膜两侧挥发性组分的蒸汽分压差(δp)成正比(即j＝kδp)。其中，跨膜传质系数(k)仅与多孔膜本身的性质(如孔径、孔隙率、曲折因子、膜厚度等)有关，与操作条件无关。优化疏水膜的结构参数是提高水通量的基本方法，主要包括增加膜的孔径或孔隙率、减小膜厚度、减少膜孔的曲折度。另一方面，疏水膜在md过程中最重要的功能是分隔进料侧和渗透侧的液体，只允许挥发性物质以气体的形式穿过膜孔。因此，疏水膜优异的抗润湿性能是md过程成功实施的关键因素。一旦膜孔被润湿，膜孔中的气体将被液体取代，
3、在md过程中，保持膜的疏液性是至关重要的，但增加膜表面的疏液性通常会导致水通量的降低。chiao等人制备了一种全氟硅烷改性的全疏水纳米纤维聚偏氟乙烯(pvdf)膜，其水通量(16lmh)低于原始pvdf膜(20lmh)，但前者表现出比后者更好的抗润湿性。fang等人通过静电纺丝、热压、物理压缩压花、全氟涂层等一系列步骤制备了具有波纹结构的全疏水膜。与无图案pvdf膜和图案化pvdf膜的20.8和21.5lmh相比，全氟烷基化改性膜的水通量略低，分别为18.0和17.9lmh。deka等人将静电纺丝和电喷雾相结合，制备了具有高抗润湿和防结垢功能的双层超疏水电纺纳米纤维膜，其初始水通量从不含纳米颗粒的电纺纳米纤维膜的24.3lmh降低到22.7lmh，但表现出更高的抗润湿性能。先前的研究表明，与具有较高润湿性的膜相比，具有较低抗润湿性(仍然防水)的膜允许液体-空气界面更深地渗透到膜中，从而产生更大的液体-空气接触面积和更大的水通量。总之，对于表面形貌相同但抗润湿性不同的膜，水通量和抗润湿性之间往往存在权衡关系。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种基于碳纳米管(cnts)的超疏水复合膜，以同步提高md过程的水通量和抗润湿性。采用蒸汽诱导相分离(vips)法制备的pvdf多孔膜作为复合膜的载体。随后，通过真空过滤将cnts负载到pvdf多孔膜的表面，以获得具有网络结构的复合层。最后，将全氟物质共价接枝到cnts表面，获得超疏水复合膜。系统表征了膜的形貌、孔径分布、润湿性、水通量和稳定性。通过将优化的具有网络结构的cnts层与具有大孔结构的pvdf多孔支撑体耦合而构建的复合膜在md过程中表现出优异的抗润湿性和水通量。本工作研究了cnts层对复合膜水通量和抗润湿性的强化理论，这将为开发用于md过程的高性能疏水膜材料提供思路。
2、一种基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜，包括有多孔基膜，以及负载于多孔基膜表面的负载层，负载层主要是由羧基碳纳米管构成，并且在羧基碳纳米管的表面修饰有全氟多胺。
3、上述的超疏水复合膜具有130-170°的水滴接触角。
4、上述的基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤1，获得多孔基膜；
6、步骤2，将羧基化的碳纳米管分散于溶液中，得到悬浮液；
7、步骤3，悬浮液通过过滤的方式将羧基化的碳纳米管负载于多孔基膜的表面，干燥处理后，再进行氟化处理，得到超疏水复合膜。
8、所述的氟化处理的过程包括：
9、步骤a，制备含氟多元胺；
10、步骤b，将负载有碳纳米管的多孔基膜的浸泡于活化反应液中，使表面羧基活化，再加入含氟多元胺，进行接枝反应，经过洗涤干燥处理。
11、活化反应液是指edc·hcl和nhs的乙醇溶液，edc·hcl、nhs和含氟多元胺在活化反应液中的浓度分别是0.1-0.5mol/l，0.05-0.30mol/l，0.05-0.30mol/l；接枝反应的条件是5-40℃下10-30h。
12、所述的含氟多元胺的制备过程包括：在有机溶剂中加入edc·hci、nhs和pfoa，活化一定时间后，再加入eda，进行反应，产物经过滤、洗涤后，得到含氟多元胺。
13、edc·hci、nhs、pfoa、eda的摩尔比是：2：0.5-1.5：0.5-1.5：1-3；有机溶剂是乙醇；反应是在5-40℃下10-30h。
14、上述的多孔基膜是pvdf膜，是通过vips方法制备得到。
15、上述的羧基化的碳纳米管在多孔基膜的表面负载量是0.1-10mg/cm2。
16、超疏水复合膜的孔径范围是300-5nm，最大孔径范围是20-400nm。
17、上述的超疏水复合膜在膜蒸馏脱水中的应用。
18、一种降低膜的粗糙度和/或减小膜的最大孔径的方法，包括如下步骤：
19、步骤1，获得多孔基膜；步骤2，将羧基化的碳纳米管分散于溶液中，得到悬浮液；步骤3，悬浮液通过过滤的方式将羧基化的碳纳米管负载于多孔基膜的表面，干燥处理后，再进行氟化处理，得到超疏水复合膜；
20、降低粗糙度的步骤中，羧基化的碳纳米管在多孔基膜的表面的负载量是0.66mg/cm2；减小膜的最大孔径的步骤中，羧基化的碳纳米管在多孔基膜的表面负载量是0.1-10mg/cm2。
21、有益效果
22、本专利技术成功地开发了一种基于cnts的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜，其特征在于，包括有多孔基膜，以及负载于多孔基膜表面的负载层，负载层主要是由羧基碳纳米管构成，并且在羧基碳纳米管的表面修饰有全氟多胺。
2.根据权利要求1所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜，其特征在于，超疏水复合膜具有130-170°的水滴接触角。
3.权利要求1所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，所述的氟化处理的过程包括：步骤a，制备含氟多元胺；步骤b，将负载有碳纳米管的多孔基膜的浸泡于活化反应液中，使表面羧基活化，再加入含氟多元胺，进行接枝反应，经过洗涤干燥处理。
5.根据权利要求3所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，活化反应液是指EDC·HCl和NHS的乙醇溶液，EDC·HCl、NHS和含氟多元胺在活化反应液中的浓度分别是0.1-0.5mol/L，0.05-0
6.根据权利要求3所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，所述的含氟多元胺的制备过程包括：在有机溶剂中加入EDC·HCI、NHS和PFOA，活化一定时间后，再加入EDA，进行反应，产物经过滤、洗涤后，得到含氟多元胺；EDC·HCI、NHS、PFOA、EDA的摩尔比是：2:0.5-1.5:0.5-1.5:1-3；有机溶剂是乙醇；
7.根据权利要求3所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，多孔基膜是PVDF膜，是通过VIPS方法制备得到；羧基化的碳纳米管在多孔基膜的表面负载量是0.1-10mg/cm2。
8.根据权利要求3所述的基于CNTs的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，超疏水复合膜的孔径范围是300-5nm，最大孔径范围是20-400nm。
9.权利要求1所述的超疏水复合膜在膜蒸馏脱水中的应用。
10.一种降低膜的粗糙度和/或减小膜的最大孔径的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获得多孔基膜；步骤2，将羧基化的碳纳米管分散于溶液中，得到悬浮液；步骤3，悬浮液通过过滤的方式将羧基化的碳纳米管负载于多孔基膜的表面，干燥处理后，再进行氟化处理，得到超疏水复合膜；
...【技术特征摘要】
1.一种基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜，其特征在于，包括有多孔基膜，以及负载于多孔基膜表面的负载层，负载层主要是由羧基碳纳米管构成，并且在羧基碳纳米管的表面修饰有全氟多胺。
2.根据权利要求1所述的基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜，其特征在于，超疏水复合膜具有130-170°的水滴接触角。
3.权利要求1所述的基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，所述的氟化处理的过程包括：步骤a，制备含氟多元胺；步骤b，将负载有碳纳米管的多孔基膜的浸泡于活化反应液中，使表面羧基活化，再加入含氟多元胺，进行接枝反应，经过洗涤干燥处理。
5.根据权利要求3所述的基于cnts的高通量且抗润湿膜蒸馏用超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，活化反应液是指edc·hcl和nhs的乙醇溶液，edc·hcl、nhs和含氟多元胺在活化反应液中的浓度分别是0.1-0.5mol/l，0.05-0.30mol/l，0.05-0.30mol/l；接枝反应的条件是5-40℃下10-30h。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：马忠，陈晓蓉，蒋帅，周思怡，彭艳，贾明民，毛恒洋，李梅生，周守勇，赵宜江，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：
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