專利名稱：一種多用途納米材料復合膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多用途納米材料復合膜制備，具體地說是使用納米材料與高分子聚合物進行復合的制備方法。納米材料由SiOX、SiC、AI2O3、TiO2、Fe2O3、納米半導體材料、納米超導體材料等作為高分子材料的功能涂層材料或分子篩、補強劑、抗老化劑，呈粉體狀。具有強度高，化學性質穩(wěn)定，密度小，表面積大，能對離子、分子、電子、和微波、遠紅外線進性分篩、光催化效應、微波、遠紅外吸收等一系列優(yōu)異的性能和特性，與高分子材料進行復合，可廣泛應用于海水、苦咸水淡化，水處理、環(huán)保、醫(yī)藥、電子工業(yè)、國防科技等領域。
2、背景技術(1)現(xiàn)有的海水或苦咸水淡化方法，多采用高分子膜材料反滲透法、薄膜蒸發(fā)法、滲析法、和低溫多效蒸餾法等等。上述方法處理水的各項費用和工程造價非常昂貴。淡化膜所使用的關鍵材料高分子有機膜材料存在著透水率低、有效面積相對小、強度低不耐腐蝕容易被降解、皺裂、失效、清洗困難等弊端，因此，普及性和應用性較差。
(2)隨著科技和生產(chǎn)領域的迅速發(fā)展和提高，國際上已對分子電子學進行研究和開發(fā)，目的是為高速數(shù)據(jù)處理提供分子電子器件量子效應器件。因此，納米半導體、超導體復合膜可以在這方面得到廣泛的應用。
3、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服或解決以上存在的問題和目的，采用無機納米材料與有機高分子材料進行兩項復合，制備成納米材料復合膜，它的復合體現(xiàn)了集無機-有機、納米粒子的諸多特異性質和效應于一身的新材料。它兼顧了無機膜和有機膜的特點，提供了一種穩(wěn)定性好，強度和效率高，耐腐蝕、不易降解、脫鹽層極薄，產(chǎn)水量高，可廣泛應用于海水、苦咸水淡化，水處理，環(huán)保、電子工業(yè)、國防科技等領域新材料的制備方法。
本發(fā)明的方法是利用納米多微孔陶瓷材料SiC、SiOX、AI2O3或納米金屬材料TiO2、Fe2O3、納米半導體硅、SiO等材料的一種或兩種納米材料與高分聚合物膜材料等材料進行復合制成兩相界復合膜。
4、實施方式在本發(fā)明的方法中，各原料的重量組成為膜材料0.1-10份、聚合單體0.05-50份、溶劑40-100份、分散劑20-100份、納米級蜂窩狀微孔材料0.1-30份，制備步驟為將納米級蜂窩狀微孔材料加入分散劑和膜材料中攪拌均勻制成A溶液，將聚合單體、溶劑混合攪拌均勻制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻配制成鑄膜液，將鑄膜液均勻地涂附在基膜上，于120-148℃熱處理2-15分鐘，最后從基膜上得到剝離膜即為納米材料復合膜。
在本發(fā)明的方法中，各原料的重量組成還可以是膜材料2-10份、聚合單體10-25份、溶劑60-99份、分散劑40-80份、納米級蜂窩狀微孔材料5-25份。
在本發(fā)明的方法中，各原料的重量組成還可以是膜材料2-7份、溶劑40-99份、分散劑50-60份、納米級蜂窩狀微孔材料15-20份。
在本發(fā)明的方法中，納米級蜂窩狀微孔材料為表面孔隙率為68％的氧化硅(SiOX)納米粒子、碳化硅(SiC)納米粒子、γ相納米級三氧化二鋁(AI2O3)粒子、氧化鈦(TiO2)納米粒子或氧化鐵(Fe2O3)納米粒子的一種或兩種以上的混合物。
在本發(fā)明的方法中，分散劑為正硅酸乙酯、脂肪酸、烷基萘磺酸鈉、萘磺酸鈉甲醛縮合物、丙烯酸共聚物、乙酸乙酯、聚丙烯酸的一種或兩種以上混合物。
在本發(fā)明的方法中，膜材料為糠醇、聚脂、聚乙二醇、三乙基異氰酸、聚乙烯亞胺、璜化聚砜、璜化聚謎砜酮的一種或兩種以上混合物。
在本發(fā)明的方法中，溶劑純水、異丙醇、異辛烷、乙醇、正己烷的一種或兩種以上混合物。
在本發(fā)明的方法中，聚合單體為間苯二胺、芳香二胺、芳香三胺、乙二胺、樟腦璜酸、聚乙烯亞胺、十二烷基二胺、十二烷基磺酸鈉。十二烷基硫酸鈉、均苯三酰氯、間苯二甲酰氯的一種或兩種以上混合物。
在本發(fā)明的方法中，基膜可以是多孔性聚砜基膜或無紡布。
實施例1稱取納米級蜂窩狀微孔材料氧化硅(SiOX)納米粒子2份、碳化硅(SiC)納米粒子3份，加入分散劑萘磺酸鈉甲醛縮合物20份、丙烯酸共聚物脂肪酸40份；膜材料聚乙烯亞胺3份、璜化聚砜6份中攪拌均勻制成A溶液，稱取聚合單體間苯二胺3份、芳香二胺3份、芳香三胺4份；溶劑異丙醇、異辛烷的混合物88份、均苯三酰氯1份制成B溶液，將A、B溶液混合充分攪拌均勻，配制成鑄膜液，將鑄膜液均勻接觸或刮涂或噴涂使其附著與多孔性聚砜基膜上，在120℃-148℃的熱風干燥機中保持2-15分鐘，將膜與基膜分離，得到納米材料復合膜。
實施例2稱取表面孔隙率為68％的納米級蜂窩狀微孔材料氧化硅(SiOX)納米粒子10份，加入分散劑烷基萘磺酸鈉80份；膜材料糠醇5份，攪拌均勻制成A溶液；稱取聚合單體聚乙烯亞胺2份璜化聚砜2份；溶劑異辛烷40、乙醇50份混合均勻配制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻制成鑄膜液，(以硫酸作催化劑，適量加入2，4-二異氰酸甲代苯乙基作交聯(lián)劑)。將多孔性聚砜基膜與鑄膜液均勻接觸1-10分鐘，取出，或刮涂或噴涂鑄膜液，瀝去多余溶液約1分鐘，使膜液在基膜上的厚度50nm-1000nm，在80℃-160℃下熱處理5-25分鐘；最后從基膜上得到剝離膜即為納米材料復合膜。
實施例3稱取表面孔隙率為68％的納米級蜂窩狀微孔材料TiO2納米粒子10份，分散劑聚丙烯酸60份、聚乙二醇20份；膜材料三乙基異氰酸60份混合中攪拌均勻制成A溶液；稱取聚合單體聚乙烯亞胺與20、璜化聚砜10份、溶劑異辛烷10份、乙醇40份、乙二胺2份、聚乙烯亞胺3混合均勻配制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻制成鑄膜液。將無紡布與鑄膜液均勻接觸1-10分鐘，取出，刮涂或噴涂鑄膜液，瀝去多余溶液約1分鐘，使膜液在基膜上的厚度50nm-1000nm，然后進行凝膠、漂洗，在80℃-160℃下熱處理5-25分鐘；制成成品膜。
實施例4稱取表面孔隙率為68％的納米級蜂窩狀微孔材料TiO2納米粒子10份，分散劑聚丙烯酸60份、聚乙二醇20份；膜材料糠醇2份、異丙醇20份混合中攪拌均勻制成A溶液；稱取聚合單體聚乙烯亞胺與20、璜化聚砜10份、溶劑1％的十二烷基璜酸鈉水溶液75份混合均勻配制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻制成鑄膜液，將無紡布與鑄膜液均勻接觸1-10分鐘，取出，刮涂或噴涂鑄膜液，瀝去多余溶液約1分鐘，使膜液在基膜上的厚度50nm-1000nm，然后進行凝膠、漂洗，在80℃-160℃下熱處理5-25分鐘；制成成品膜。
實施例5稱取表面孔隙率為68％的納米級蜂窩狀微孔材料γ相納米級三氧化二鋁(AI2O3)粒子6份、氧化鈦(TiO2)納米粒子6份，加入分散劑丙烯酸共聚物20份、乙酸乙酯60份；膜材料三乙基異氰酸3份、聚乙烯亞胺5份，攪拌均勻制成A溶液；稱取聚合單體樟腦璜酸2份、聚乙烯亞胺2份、十二烷基二胺2份；溶劑異辛烷40、60％乙醇50份混合均勻配制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻制成鑄膜液，(以硫酸作催化劑，適量加入2，4-二異氰酸甲代苯乙基作交聯(lián)劑)。將多孔性聚砜基膜與鑄膜液均勻接觸1-10分鐘，取出，或刮涂或噴涂鑄膜液，瀝去多余溶液約1分鐘，使膜液在基膜上的厚度50nm-1000nm，在80℃-160℃下熱處理5-25分鐘；最后從基膜上得到剝離膜即為納米材料復合膜。
本發(fā)明的納米復合膜的優(yōu)點如下1、本發(fā)明引采用以納米材料與有高分子材料進行復合，制備成復合膜，它集無機膜和有機膜的特點，用于海水或苦咸水淡化，具有高透水量、高強度、高柔韌性、抗彎折、耐腐蝕的特點，由此構成的海水淡化設備使用壽命長。有效的對海水或苦咸水中的CL-和Na+及其它離子或分子進行過濾、吸附、去除，脫鹽率高達99.2％-99.5％。水樣經(jīng)相關部門檢測鑒定，完全達到國家飲用水標準。
2、本發(fā)明的納米復合膜具有強度高，化學性質穩(wěn)定，密度小，表面積大，能對電子、和微波、遠紅外線和水中的離子、分子、進行分篩。具有集無機、有機、納米多孔粒子和光催化效應、微波、遠紅外吸收等一系列優(yōu)異的性能和特性，與高分子材料進行復合，可廣泛應用于海水、苦咸水淡化，水處理、環(huán)保、醫(yī)藥、電子工業(yè)、國防科技等領域。
權利要求
1.一種多用途納米材料復合膜的制備方法，其特征在于原料的重量組成為膜材料0.1-10份、聚合單體0.05-50份、溶劑40-100份、分散劑20-100份、納米級蜂窩狀微孔材料0.1-30份，制備步驟為將納米級蜂窩狀微孔材料加入分散劑和膜材料中攪拌均勻制成A溶液，將聚合單體、溶劑混合攪拌均勻制成B溶液，將A、B混合攪拌均勻配制成鑄膜液，將鑄膜液均勻地涂附在基膜上，于120-148℃熱處理2-15分鐘，最后從基膜上得到剝離膜即為納米材料復合膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于原料的重量組成為膜材料2-10份、聚合單體10-25份、溶劑60-99份、分散劑40-80份、納米級蜂窩狀微孔材料5-25份。
3.根據(jù)權利要求1-2所述的方法，其特征在于原料的重量組成為膜材料2-7份、溶劑40-99份、分散劑50-60份、納米級蜂窩狀微孔材料15-20份。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于納米級蜂窩狀微孔材料為表面孔隙率為68％的氧化硅(SiOx)納米粒子、碳化硅(SiC)納米粒子、γ相納米級三氧化二鋁(AI2O3)粒子、氧化鈦(TiO2)納米粒子或氧化鐵(Fe2O3)納米粒子的一種或兩種以上的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于分散劑為正硅酸乙酯、脂肪酸、烷基萘磺酸鈉、萘磺酸鈉甲醛縮合物、丙烯酸共聚物、乙酸乙酯、聚丙烯酸的一種或兩種以上混合物。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于膜材料為糠醇、聚脂、聚乙二醇、三乙基異氰酸、聚乙烯亞胺、璜化聚砜、璜化聚謎砜酮的一種或兩種以上混合物。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于溶劑純水、異丙醇、異辛烷、乙醇、正己烷的一種或兩種以上混合物。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于聚合單體間苯二胺、芳香二胺、芳香三胺、乙二胺、樟腦璜酸、聚乙烯亞胺、十二烷基二胺、十二烷基磺酸鈉。十二烷基硫酸鈉、均苯三酰氯、間苯二甲酰氯的一種或兩種以上混合物。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于基膜可以是多孔性聚砜基膜或無紡布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多用途納米材料復合膜的制備方法，是利用無機納米陶瓷材料或金屬、半導體、超導體納米材料與聚砜、聚謎砜、磺化聚謎砜酮、芳香族交聯(lián)聚酰胺、高分子聚合物等材料進行復合制成無機－有機多用途、多品種復合膜。由于本發(fā)明的方法具有科技含量高、用途廣泛、材料來源廣，工藝簡單、生產(chǎn)成本低，因此應用本發(fā)明方法制備成納米材料復合膜組裝成元件、配件、零件等，可以廣泛應用到海水淡化、苦咸水淡化、水處理、電子、醫(yī)藥、及其他工業(yè)領域的設備和工程，其造價及運行成本和會大大降低，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
文檔編號C08J5/18GK1583843SQ20041002424
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權日2004年6月7日
發(fā)明者王旭生, 孔祥聆, 王昕 , 王曉晶 申請人:王旭生