1. Наномембрана (бумага баки)

Яркий пример использования углеродных нанотрубок – ультратонкий проводящий материал, называемый углеродной бумагой.

Нанотрубки - это протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон, состоящие из одного или нескольких свернутых в трубку гексагональных графитовых слоев и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена [1, с. 401].

Рис. 1. СЭМ изображения Buckypaper мембраны подготовленный фильтрации

Для получения бумаги из материала нанотрубок использовались очищенные одно стенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), поставляемые компанией Carbon Nanotechnologies Inc. в форме мелких шариков, так называемых BuckyPearls. Данные ОУНТ диспергировались в водном растворе поверхностно-активного вещества Triton Х-100 с помощью ультразвуковой обработки и затем фильтровались с использованием процедуры вакуумной фильтрации. Под действием вакуума дисперсия ОУНТ пропускалась через политетрафторэтиленовый мембранный фильтр (Millipore LS, диаметр пор 5 мкм Рис. 2). Получившиеся после высыхания листы бумаги снимались с фильтра и тщательно промывались в больших количествах воды и метанола для удаления поверхностно-активных веществ и затем высушивались. Полученные листы бумаги, состоящие из нанотрубок, затем отжигались при температуре до 1000°C в течение 9 часов в потоке аргона для удаления остатков растворителей и поверхностно-активных веществ.

Рис. 2. Процесс получение баки-бумагы

Бумага на основе углеродных нанотрубок – материал будущего. Он в 10 раз легче, но в 250 прочнее стали. Этот материал может использоваться в авиации или при создании легких, эффективных бронежилетов. Бумага также может использоваться в качестве защитного слоя транспорта или при конструировании прочных, надежных и очень тонких дисплеев. Данный материал может найти свое применение в структурных и электрохимических системах, основанных на потенциальных механических свойствах бумаги, в приводах, конденсаторах, электродах и устройствах с полевой эмиссией [2].

2. Неупорядоченных углеродных нанотрубок / полимер гибридных мембран

Кроме наномембраны бумаги баки, еще есть наномембраны Углеродные нанотрубки / полимер гибридных мембран, подготовлено случайной ориентацией углеродных нанотрубок добавлен в полимере, она тоже типичная наномембраны из неупорядоченных углеродных нанотрубок.

Полимерная наномембрана широко используется в промышленном производстве, но в ее характеристике существует еще много недостатков. Такие, как сепарации газа, в балансе проницаемости и селективности полимерных мембран есть теоретический верхний передел. Но только путем изменения химической структуры полимера, трудно повысить производительность наномембраны. Таким образом, ранее люди методом добавления болшее цеолиты или методом молекулярных сит совершенствовали полимерных мембраны.

Маранд и др. [28] саммая ранные углеродных нанотрубок добавляли в полимере, в целях повышения производительности полимерную мембрану. Они сначала полиимида силоксановых растворяют в тетрагидрофуране (ТГФ), а затем разным долее добавляли в растворе очищенные однослойные углеродных нанотрубок. После смешивания, по медленной сушке, получали тем самым полимерных смеси наномембран. Результаты измерений показывают, что О₂, N₂ и CH₄ коэффициента диффузии увеличивается с добавлением количество открытие углеродных нанотрубок в полимере, впоследствии, они добавляли алкил амина функционирований однослойных углеродных нанотрубок в разных пропорциях на полиэтилена сульфон, тем самым получил равномерной дисперсной гибридной наномембран из углеродных нанотрубок. Как показано Рис. 2. Кром того, они изучали проницаемость через мембрану He, O₂, N₂, CH₄ и других газов и обнаружили, что все коэффициентом диффузии газа увеличилась с добавлением углеродных нанотрубок гибридные мембраны с высокой скорстью диффузии углерода нанотрубы канала.

Рис. 2 поперечного сечения изображения SEM 10% массовой доли SWCNT / ФСФ смешанных мембран. Стрелка указывает ОУН в полимерной матрице.

Конг и др. [30] углеродные нанотрубки добавив в бромиде поли «2,6 - дифенил-1, 4 - фенил эфир» получили полимерных смесей мембраны; исследование показало, что однослойные и многослойные нанотрубки углерода присоединиться эффективно улучшить уровень проникновения газа CO₂, но мало влияет на селективность CO₂ / N₂. Впоследствии, Венг и др. [31] в нескольких углеродных нанотрубок после сильной кислотной обработки помещаются в массовой долей 15% полиэфир имид (PBNPI) раствора, перемешивания и смешивания равномерно наносят на поверхность стекла получают путем смешивания наномембран. массовой долей 15% наномембраны углеродных нанотрубок H₂/CH₄ газа открытия с хорошей избирательностью. Tseng и др. [32] углеродных нанотрубок с полиимида смешиваются и подготовленные карбонизации углерод / углеродных нанотрубок гибридные мембраны. Измерений установлено, что фактором мембранного разделения CO₂ / N₂ увеличилось от 2 до 4 порядка больше, чем у чистой мембранной углерода. Исмаил и др. [33] нескольких углеродных нанотрубок функциональными полиимида (PI) гибрид, использование инверсии фазы подготовлен CNT / PI гибридных мембран, обнаружил, что, по сравнению с PI мембран, углеродные нанотрубки / PI гибридных мембран доступны для высоких CO₂ / CH₄ газа селективности.

Кроме газа фильтрации и разделения, Nechifor и др.[34] также попробовали углеродных нанотрубок / полисульфона смешанных мембран, используемых в гемодиализе, обнаружили, что добавление углеродных нанотрубок может значительно улучшить мембраны Pb2 +, Hg2 +.

Хотя неупорядоченных углеродных нанотрубок / полимерные композиционные мембраны подготовки является относительно простым, но мембрана есть некоторые очевидные недостатки. Потому что углеродных нанотрубок на фильтре был неупорядоченным расположением, добавив, большинство из нанотрубок не добьется роль канал фильтра, и поэтому не может дать полный простор преимущества ультра-высокой транспортной скорости углеродных нанотрубок отверстия внутреннего. Кроме того, дисперсность углеродных нанотрубок в полимерную мембрану еще решить важный фактор в исполнении нанофильтрации мембраны.