基于碳纳米管的纳滤膜研究进展详解.PDF

第26卷摇 第5期 新摇 型摇 炭摇 材摇 料 Vol.26摇 No.5 摇 2011年 10月 NEW CARBON MATERIALS Oct. 2011 摇 文章编号:摇 1007鄄8827(2011)05鄄0321鄄07 基于碳纳米管的纳滤膜研究进展 赵摇 斌,摇 张摇 磊,摇 王现英,摇 杨俊和,摇 唐志红, 杨光智,摇 邱汉迅,摇 何摇 星 (上海理工大学 材料科学与工程学院,上海 200093) 摘摇 要:摇 碳纳米管具有原子级光滑的内表面及纳米尺寸的孔道结构,应用于纳滤膜有望获得极高的输运速率和 选择性。 在综合分析几种典型碳纳米管纳滤膜(巴基纸纳滤膜、无序碳纳米管/ 聚合物混合滤膜和垂直排列碳纳米 管复合滤膜)的制备、过滤性能及优缺点的基础上,提出垂直排列碳纳米管复合滤膜有利于充分发挥碳纳米管自身 的优势,代表了该领域未来的发展方向。 关键词:摇 碳纳米管;垂直排列;纳滤膜;制备 中图分类号:摇 TB383 文献标识码:摇 A 1摇 前言 究上,而碳纳米管在分子输运方面的应用则是近几 年刚刚兴起的一个热点。 纳滤膜通常是指透过物尺寸小于 10nm 的滤 摇 摇 碳纳米管的憎水性及原子级光滑的内表面,可 膜,介于反渗透膜和超滤膜之间。 其应用范围包括 [4] 大大减小流体通过时的吸附力及摩擦力 。 实验 饮用水生产、废水处理、气体分离、药物分离、食品加 研究证实,水分子在碳纳米管内孔的输运速度与在 工、病毒过滤等,涉及能源、资源、生物医药、环境治 [5] 水孔蛋白生物膜通道中相当 。 分子动力学模拟 理等多个领域,主要通过溶解鄄扩散或者电效应来达 [1] 结果表明,流体在碳纳米管中的传输为“受约冶传 到选择性输运的目的 。 目前常用的纳滤膜多为 输,这种约束可使流体自由能降低高达40%,从而 聚乙烯醇、醋酸纤维素等聚合物复合膜,这些聚合物 4 6 使流体在碳纳米管内径中的传输速度提高10 ~10 滤膜不仅化学和机械稳定性差,使用温度范围窄,而 [6] 倍 。 另外,碳纳米管直径可以通过化学气相沉积 且渗透率低,选择性不佳,从而限制了纳滤膜的广泛 [2] (CVD)生长中催化剂颗粒尺寸的控制在纳米尺度 应用 。 因此,进一步开发新型的、具有高选择性 [7] 和渗透率的纳滤膜,对于降低成本、提高能源利用率 内连续调节 ;且碳纳米管还具有良好的机械性 等都有十分重要的意义。 能、化学稳定性、高长径比和高的比表面积。 所有这 摇