功能化碳納米管-聚氨酯雜化膜的研制及滲透汽化性能研究.pdf

1、滲透汽化技術(shù)作為一項(xiàng)非常具有發(fā)展前景的膜分離技術(shù)，已經(jīng)被人們廣泛地研究和應(yīng)用。聚氨酯滲透汽化膜材料以其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和性能廣泛地應(yīng)用于有機(jī)物的分離，碳納米管作為分離膜材料具有極高的滲透性和選擇性。本文采用化學(xué)修飾和摻雜的方法，制備了氧化、胺功能化、異氰酸酯功能化和納米Ag摻雜的功能化的多壁碳納米管，再通過原位聚合構(gòu)建功能化碳納米管/聚氨酯雜化膜。研究了雜化膜的苯、環(huán)己烷的溶脹性能及滲透汽化性能，探討了雜化膜的結(jié)構(gòu)與滲透汽化性能之間的關(guān)系。論

2、文主要包括以下三個(gè)方面內(nèi)容:
　　1.功能化碳納米管的研制
　　首先采用混酸（H2SO4/HNO3）和H2O2處理原始多壁碳納米管得到不同氧化程度的多壁碳納米管。進(jìn)而選用己二胺、甲苯二異氰酸酯通過化學(xué)接枝法分別獲得胺功能化多壁碳納米管(MWCNT-NH2)和異氰酸功能化多壁碳納米管(MWCNT-NCO);以聚乙二醇(PEG)為還原劑，通過水熱合成法制得納米銀摻雜的多壁碳納米管(MWCNT-Ag)。
　　利用紫外-可見分

3、光光度計(jì)(UV)、紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜(Raman)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)對(duì)氧化碳納米管的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析表征。研究發(fā)現(xiàn):①原始多壁碳納米管經(jīng)氧化處理后帶有一定的含氧基團(tuán)，并隨氧化程度的提高，多壁碳納米管的拉曼光譜D峰和G峰的強(qiáng)度之比(ID/IG)有所增大;氧化程度對(duì)多壁碳納米管在溶劑中的分散性有較大影響，氧化程度越高，分散性越好。②己二胺接枝的多壁碳納米管的紅外

4、光譜中顯現(xiàn)出-NH2的振動(dòng)特征峰;甲苯二異氰酸酯接枝的多壁碳納米管的紅外光譜中顯現(xiàn)出-NCO的振動(dòng)特征峰;MWCNT-NH2和MWCNT-NCO在溶劑中的分散性較氧化碳納米管有進(jìn)一步提高。③采用PEG作為還原劑水熱合成的納米Ag/碳納米管復(fù)合物，PEG的分子量對(duì)復(fù)合物中納米Ag的摻雜量影響不大，但采用PEG-400作為還原劑時(shí)，所得復(fù)合物中Ag納米粒子的粒徑較小，粒徑分布較窄。
　　2.功能化碳納米管/聚氨酯雜化膜的制備
　

5、　采用原位聚合法，通過功能化多壁碳納米管與甲苯二異氰酸酯(TDI)和聚乙二醇(PPG)的預(yù)聚和擴(kuò)鏈反應(yīng)構(gòu)建碳納米管/聚氨酯(MWCNT/PU)雜化膜。利用透射電子顯微鏡分析表征雜化膜的結(jié)構(gòu)和形貌，利用接觸角測(cè)定儀(DSA)、Zeta電位儀(Zeta)分析雜化膜表面的荷電特性。結(jié)果表明氧化程度對(duì)多壁碳納米管在雜化膜中的分散性有一定的影響，多壁碳納米管的氧化程度越高，其對(duì)應(yīng)雜化膜的Zeta電位值越高，多壁碳納米管在雜化膜中的分散性越好。相比

6、之下，MWCNT-NH2、 MWCNT-NCO和MWCNT-Ag在雜化膜中的分散性明顯優(yōu)于氧化碳納米管。雜化膜的Zeta電位值均呈現(xiàn)隨著功能化碳納米管的填充量的增加先升高后降低的趨勢(shì)，填充MWCNT-NCO的雜化膜Zeta電位值較高，靜態(tài)接觸角值較小，雜化膜的極性較強(qiáng)。
　　3.功能化碳納米管/聚氨酯雜化膜的苯、環(huán)己烷溶脹性能及滲透汽化性能
　　實(shí)驗(yàn)測(cè)定了功能化碳納米管/聚氨酯雜化膜的苯、環(huán)己烷溶脹性能和滲透汽化性能，探討了

7、多壁碳納米管的氧化程度、功能化類型以及填充量等對(duì)雜化膜的溶脹和滲透汽化性能的影響。結(jié)果表明:①碳納米管的氧化程度越高，對(duì)應(yīng)的雜化膜在苯和環(huán)己烷中的平衡吸附溶脹度（A∞）和溶脹選擇性（α）越好，對(duì)苯/環(huán)己烷的滲透通量和分離因子也越高;H-MWCNT的填充量為3％時(shí)，雜化膜的苯，環(huán)己烷平衡溶脹吸附選擇性α(b/c)達(dá)3.15，苯/環(huán)己烷的滲透汽化分離因子可達(dá)7.92。②與填充了氧化碳納米管的雜化膜相比，填充了MWCNT-NH2、 MWCNT

8、-NCO以及MWCNT-Ag的雜化膜在苯和環(huán)己烷中的平衡吸附溶脹度、溶脹選擇性、苯/環(huán)己烷滲透通量和分離因子明顯提升，其中，當(dāng)MWCNT-NCO填充量達(dá)5％時(shí)，MWCNT-NCO/PU雜化膜有較優(yōu)的溶脹選擇性和滲透選擇性，分別可達(dá)3.36和16.67，其苯和環(huán)己烷的滲透通量也分別可達(dá)878g/m2·h和118g/m2·h。③隨著功能化碳納米管填充量的增加，雜化膜在苯、環(huán)己烷中的平衡吸附溶脹度先增大后減小，雜化膜的苯/環(huán)己烷滲透通量和分離