專利名稱：一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極膜的制備方法，具體說是負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法。
背景技術(shù)：
雙極膜(Bipolar Membrane, BPM)，是由陰離子交換膜和陽離子交換膜組成的。在直流電場作用下，雙極膜中間界面層中的水將解離成H+和0H_，其理論電壓為0. 828V。與普通電解相比，雙極膜電滲析有許多優(yōu)點(diǎn)，因此在食品工業(yè)、化工行業(yè)、生命科學(xué)以及污染控制、資源回收、有機(jī)酸的分離與制備等方面有非常廣泛的應(yīng)用。因此雙極膜成為膜領(lǐng)域一個極其重要的分支。雙極膜中間界面層水解離效率直接影響雙極膜的電阻壓降(即膜77 降) 和槽電壓的大小。對雙極膜陰、陽兩膜層進(jìn)行改性，以促進(jìn)中間界面層水解離，從而降低雙極膜的IR降和槽電壓，降低能耗，減少電槽電化學(xué)副反應(yīng)的發(fā)生已成為當(dāng)前雙極膜研究的執(zhí)占。自Iijima于1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管(CNTs)以來，由于其大的比表面積及獨(dú)特的電學(xué)、機(jī)械和結(jié)構(gòu)特性，已引起科學(xué)工作者廣泛的興趣和關(guān)注。根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)的不同，碳納米管可分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。盡管碳納米管具有這些優(yōu)越性，但由于其在水溶液中的分散性差，故其應(yīng)用受到限制。為了改善其分散性，可通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ谄浔砻嬉肽承┯H水性官能團(tuán)，例如羥基、羧基、氨基、表面活性劑及親水性的聚合物等。本發(fā)明利用負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜，以提高雙極膜的水解離效率，從而降低雙極膜的頂降和槽電壓，減少重金屬離子的流失，提高雙極膜的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在陽離子交換膜中摻雜負(fù)載重金屬離子的碳納米管以改性雙極膜的方法，所制備的雙極膜具有低的膜阻抗和高的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。本發(fā)明的目的是通過如下方案實(shí)現(xiàn)的
1、負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性陽離子交換膜層的制備
準(zhǔn)確稱取羧甲基纖維素鈉(CMC)或海藻酸鈉(SA)，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的CMC 水溶液或SA水溶液；另取聚乙烯醇(PVA)，用蒸餾水加熱攪拌溶解，加入到上述制備的CMC 水溶液或SA水溶液中，攪拌均勻，得PVA-SA水溶液或PVA-CMC水溶液。將購置的碳納米管(CNTs)通過預(yù)處理，使其負(fù)載上重金屬離子。然后準(zhǔn)確稱取經(jīng)過預(yù)處理的負(fù)載上重金屬離子的碳納米管，加入乙醇中，用超聲波振蕩，使其分散均勻，加入到上述制備的PVA-SA水溶液或PVA-CMC水溶液中，攪拌均勻，減壓脫泡，得到粘稠膜液。將粘稠膜液流延于平整的玻璃板中，在室溫下風(fēng)干成膜，先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的FeCl3溶液浸泡交聯(lián)10 30min，后用蒸餾水沖洗干凈，自然風(fēng)干，即得PVA-CMC-CNTs陽離子交換膜或SA_CMC_CNTs陽離子交換膜。所述的聚乙烯醇PVA與CMC或SA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為0. 5 1 :1。所述的碳納米管與CMC或SA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1 100 =IOOO0所述的碳納米管(CNTs)通過預(yù)處理的過程是將一定量碳納米管放入濃硝酸中加熱回流6小時，冷卻后洗滌碳納米管，然后將相對于碳納米管摩爾比為5%的重金屬硝酸鹽加入到經(jīng)超聲波振蕩分散均勻的碳納米管乙醇懸濁液中，電磁攪拌加熱至100°C蒸發(fā)，烘干后即得碳納米管負(fù)載重金屬離子的納米復(fù)合材料。所述的負(fù)載重金屬離子的碳納米管，其重金屬離子為Fe3+、Ni2+、Cu2+、Cd3+、Sn4+。2、殼聚糖陰膜液的制備
稱取一定量的殼聚糖(CS)，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的乙酸水溶液攪拌溶解，配制成1 10% 殼聚糖乙酸水溶液，邊攪拌邊緩慢滴加體積分?jǐn)?shù)為2. 5%的戊二醛溶液，減壓脫泡，即可得到粘稠的CS陰膜液。殼聚糖乙酸水溶液與戊二醛溶液體積比為1000:2 8。3、雙極膜的制備
采用流延、疊合、粘合或熱壓的方法將CS陰膜液制膜并固定在步驟1所制備 PVA-CMC-CNTs陽離子交換膜或SA-CMC-CNTs陽離子交換膜的陽膜層上，在室溫下風(fēng)干，即得 PVA-CMC-COTs/CS 雙極膜或 SA-CMC-CNTs /CS 雙極膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明涉及的利用負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性陽膜層，使雙極膜具有水解離效率高，膜阻抗小，槽電壓低，兩膜層相容性好等特點(diǎn)。表1是利用CMT6104型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測的雙極膜試樣的機(jī)械性能數(shù)據(jù)。表1不同雙極膜的機(jī)械性能
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，包括陽離子交換膜層、陰離子交換膜層及兩膜層之間的中間界面層，其特征在于1)負(fù)載重金屬離子碳納米管改性陽離子交換膜層的制備稱取羧甲基纖維素鈉或海藻酸鈉，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的CMC水溶液或SA水溶液；另取聚乙烯醇，用蒸餾水加熱攪拌溶解，加入到上述制備的CMC水溶液或SA水溶液中，攪拌均勻，得PVA-SA水溶液或PVA-CMC水溶液；將碳納米管進(jìn)行預(yù)處理，使其負(fù)載上重金屬離子；稱取負(fù)載重金屬離子的碳納米管，加入乙醇中，用超聲波振蕩，使其分散均勻， 加入到上述制備的PVA-SA水溶液或PVA-CMC水溶液中，攪拌均勻，減壓脫泡，得到粘稠膜液；將粘稠膜液流延于平整的培養(yǎng)皿中，在室溫下風(fēng)干成膜，先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的 FeCl3溶液浸泡交聯(lián)10 30 min，后用蒸餾水沖洗干凈，自然風(fēng)干，即得PVA_CMC_CNTs陽離子交換膜或SA-CMC-CNTs陽離子交換膜；2)殼聚糖陰膜液的制備稱取殼聚糖，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的乙酸水溶液攪拌溶解，配制成1 10%殼聚糖乙酸水溶液，邊攪拌邊緩慢滴加體積分?jǐn)?shù)為2. 5%的戊二醛溶液，減壓脫泡，即可得到粘稠的CS陰膜液；3)雙極膜的制備采用流延、疊合、粘合或熱壓的方法將CS陰膜液制膜并固定在所制備的陽膜層上，在室溫下風(fēng)干，即得PVA-CMC-CNTs-M/CS雙極膜或SA-CMC-CNTs_M/CS雙極膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，其特征在于PVA與CMC或PVA與SA之間的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為0. 5 1 :1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，其特征在于所述的碳納米管與CMC或SA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為1 100 =IOOO0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，其特征在于所述的重金屬離子為狗3+、Ni2+、Cu2+、Cd3+、Sn4+。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，其特征在于殼聚糖乙酸水溶液與戊二醛溶液體積比為1000 2 8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法，其特征在于所述的預(yù)處理是將一定量碳納米管放入濃硝酸中加熱回流6小時，冷卻后洗滌碳納米管，然后將相對于碳納米管摩爾比為5%的重金屬硝酸鹽加入到經(jīng)超聲波振蕩分散均勻的碳納米管乙醇懸濁液中，電磁攪拌加熱至100°C蒸發(fā)，烘干后即得碳納米管負(fù)載重金屬離子的納米復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)載重金屬離子的碳納米管改性雙極膜的制備方法。該方法是在陽離子交換膜中加入負(fù)載有重金屬離子的碳納米管，以改性雙極膜，制備時1)稱取負(fù)載有重金屬離子的碳納米管加入無水乙醇中，超聲波振蕩，使其在無水乙醇中分散均勻；2)將上述含有碳納米管的無水乙醇與制備好的陽膜液混合，用流延或熱壓的方法制成雙極膜。本發(fā)明制備得到的雙極膜具有水解離效率高，膜阻抗小，槽電壓低，兩膜層相容性好等特點(diǎn)。
文檔編號C08J5/22GK102516575SQ20121000790
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者周挺進(jìn), 鄭曦, 陳日耀, 陳曉, 陳震 申請人:福建師范大學(xué)