3. Вертикально ориентированные углеродные нанотрубки композитные мембраны

Вертикально ориентированные композитные мембраны на основе углеродные нанотрубки в качестве фильтра углеродных нанотрубок канала через отверстие заполнить разрыв углеродных нанотрубок для достижения вертикально углеродных нанотрубок. По сравнению с неупорядоченных углеродных нанотрубок мембраны нанофильтрации, нанофильтрации мембраны способствует играют в пользу углеродные нанотрубки в мембране приложениями, такими как высокая скорость транспорта, высокая селективность, а диаметр можно плавно регулировать в нанометровом масштабе, .

На рисунке 3 показана типичная вертикальным расположением углеродных нанотрубок в ходе подготовки композитные мембраны является схема [1]. Во-первых, методом CVD на монокристаллического кремния или кварца роста листа вертикально выровнены массивов углеродных нанотрубок, а затем заполнен герметичный материал нанотрубок разрыв, тем самым формируя непрерывную композитная пленка, наконец, фильм снимают с подложки, на обоих концах отверстия углеродных нанотрубок для получения нанофильтрации мембраны. Описанный выше процесс подготовки является очень сложной задачей. Во-первых, рост сердечно-сосудистых заболеваний должна быть получена посредством контроля за условиями роста, как «Бамбук», а «узелки» структуре массива углеродных нанотрубок, а во-вторых, не разрушая пустоты между заполнение трубы на основе углеродных нанотрубок выровненыжидкости только через внутреннее отверстие, наконец, композитная пленка была снимают с подложки, углеродные нанотрубки к началу открытия будет закрыто серии травления и процесса ионного травления и удаления металлических частиц катализатора, образуя тем самым самонесущийОбразцы мембран нанофильтрации.

Рис. 3. Схематическое изображение изготовлению подхода мембран на основе вертикально ориентированных углеродных нанотрубок

Из-за процессе подготовки трудно, поэтому хотя еще в 1998 году, люди подняли вертикально нескольких углеродных нанотрубок массива рост методом [35], но это не было до 2004 года, Хиндс и др. [36] впервые в вертикальном ряду

Колонка на основе нескольких углеродных нанотрубок, готовых углеродных нанотрубок нанофильтрации мембраны. Они использовали метод спин покрытие, чтобы заполнить пробел в нескольких углеродных нанотрубок с массовой долей 50% из полистирола (PS) толуола раствор сушат решением HF после вымачивания образцов снимают с подложки. Затем, с использованием H2 O усиленного плазмой окисления методом травления отверстий в углеродные нанотрубки, тем самым готовит вертикально расположенных углеродных нанотрубок / PS нанофильтрации мембраны. Рисунок 4 (а) для метода CVD к росту нескольких стеной массива углеродных нанотрубок SEM морфологии фотографии, можно увидеть на углеродных нанотрубках выровнены перпендикулярно подложке. Рисунок 4 (б) поперечное сечение мембраны образец очищенные от основания листа фотографий морфологии, по-видимому, полистирола наполнение, таким образом, что ориентация углеродных нанотрубок определенной степени, но в основном остается перпендикулярной подложке. Кроме того, они также N2 и соли ионного транспорта тест мембраны жидкость транспорт из углеродных нанотрубок отверстие подтвердили с микроскопической точки зрения. Вскоре после этого, американский Mo Ливерморской национальной лаборатории Bakajin исследовательской группы [37] по низким давлением методом CVD, заполнению пробелов нитрида кремния нескольких углеродных нанотрубок массива реактивным ионным травлением и ряд других сложного процесса, подготовки нет отверстий углеродных нанотрубок композитные мембраны. Впоследствии Hinds [38], используя подготовленные нескольких углеродных нанотрубок / PS свойств композитных мембран нанофильтрации транспорта, дальнейшие измерения воды, этанола и гексана. Они обнаружили, что, по сравнению с прогнозируемыми результатами обычных гидродинамических молекул через вертикально углеродных нанотрубок / PS транспорта нанофильтрации мембранные ставка выше, чем число 4,5

Уровень. Вертикально несколькими стенками оболочки углеродной нанотрубки были успешно подготовлены, идеи и технологии являются основным прорывом, но в связи с большой апертурой нескольких углеродных нанотрубок, тем самым ограничивая химические селективность малых молекул.

2006, Bakajin исследовательской группы [39] добился важной вехой в прогрессе. Они основаны на двойной стенкой массив углеродных нанотрубок составляет менее 2 нм в диаметре, малый диаметр углеродных нанотрубок мембран нанофильтрации подготовлена ​​успешно заполнены сердечно-сосудистых заболеваний нитрида кремния. Эксперименты показывают, что перенос молекул газа в нанофильтрации мембраны быстрее, чем традиционные раб Сен (Кнудсен) диффузионной модели предсказали увеличение почти на порядок; транспортная скорость молекул воды в мембране, чем непрерывная модель динамики жидкости предсказанных значений увеличилась на три порядка. По сравнению с поликарбонатную мембрану, в то время как гораздо меньшую диафрагму размером мембраны нанофильтрации, но газа и жидкости на ее внутренний потенциал проникновение увеличилось на несколько порядков. Успех исследования показывают, привлекательная перспектива вертикально углеродных нанотрубок мембраны нанофильтрации.

По сравнению с заполнением методом Хиндс и др. [36], CVD технологии, благодаря избегать использования жидкого раствора, можно избежать во время процесса заполнения углеродных нанотрубок выровнены с целью достижения лучшего отверстие без начинки. Тем не менее, Bakajin и др. [39] с использованием материалов из нитрида кремния, имеющего высокую хрупкость и легко трещин причиной сбоя мембраны, в последующей обработке и нанофильтрации мембраны во время теста, необходимо, чтобы исследовать другие материально-технической базы автозаправочных техники. Недавно Miserendino [40] методом CVD в нескольких углеродных нанотрубок промежутком, заполненным полям п-ксилол, а также воздействие углеродных нанотрубок подготовленный O2 плазменного травления нано-электрод, показывая технику сердечно-сосудистых заболеваний в углеродной нанотрубки пробел заполнить массивы полимеризации Возможность материала. Кроме того, поли-ксилола сам материал имеет хорошую химическую стойкость и биосовместимость, и легко достичь без пор заполнения узких порах, и поэтому очень потенциальная

Базовый материал мембраны нанофильтрации.

Маранд и др. [41] в 2007 г. предложил новую подготовке вертикально углеродных нанотрубок композитных маршрут процесс мембраны. Они сначала амин-функционализированные углеродных нанотрубок рассеиваются в растворе ТГФ, а затем с помощью пористость 0 майонеза 2 м политетрафторэтилена (ПТФЭ) мембранной фильтрации раствора, получая таким образом углеродные нанотрубки с определенной степени договоренности; после полисульфон (НПФ) решение с использованием метода спиновых покрытие для разбавления населенных разрыв нанотрубок с получением композитных мембран. Результаты испытаний показали, что фильтрация газа, нанофильтрации мембран, полученных с помощью этого метода, по сравнению с тем же газом высокого транспортных свойств композитных мембран на основе роста сердечно-сосудистых заболеваний вертикально расположенных нанотрубок. Преимуществом этого метода является то, что процесс маршрута является относительно простым, легко осуществить подготовку мембраны большой площади; нанофильтрации мембраны получали способом, однако, расположение масштабы и плотность углеродных нанотрубок, чтобы быть улучшены еще необходимы дальнейшие исследования быть улучшена.

Рис. 4 СЭМ изображения (а) вертикально массивов углеродных нанотрубок выросли на сердечно-сосудистых заболеваний;. (Б) массивы углеродных нанотрубок заполнены полистиролом

Совсем недавно, Ю. и соавт. [42] для вертикально расположенных углеродных нанотрубок / полимерные композиционные мембраны, низкой пористости, проницаемости эффективность не высокая недостаток предложен в качестве мембраны для нанофильтрации уплотнения, вертикально ориентированных углеродных нанотрубок фильма. Они сначала выращивают методом CVD массив углеродных нанотрубок с высоты в несколько сотен микрон, и очищенные от субстрата для получения самонесущий фильмов, а затем, использование н-гексана решение, поверхностное натяжение, чем ближе расстояние между углеродными нанотрубками, получая уплотнения массивов углеродных нанотрубок. Результаты тестов показали, что транспорт поведения и вертикальные заказа нанотрубки / полимерные композиционные мембраны по сравнению с N2 в уплотненном углеродных нанотрубок нанофильтрации мембран проницаемости на четыре порядка выше, и газ через мембрану не следуют модели Кнудсен диффузии. Уплотнение предложены вертикальные мембраны из углеродных нанотрубок представляет собой новый способ мышления в целях повышения эффективности нанофильтрации проницаемость мембраны. Однако, в связи с жидкостью в то же время через щель из нанотрубок и родила, так что тип мембран в газовых молекул с точки зрения селективности определенный недостаток. Ю. и др. нанотрубок методом уплотнения управляемой низкая производительность полученных мембран образец имеет большой неопределенностью, а также необходимость дальнейшего совершенствования.

В дополнение к подготовке процесса, он также пытался использовать различные методы для повышения селективности углеродных нанотрубок композиционные мембраны расположены вертикально. Bakajin и др. [43] обнаружили, что мембрана углеродных нанотрубок пор вход в отрицательно заряженные группы могут реализовать селективного транспорта ионов соли в водном растворе, отрицательно заряженные группы отрицательных ионов в действие статического электричества до максимального отклонения 98%. Хиндс и др. [44] для ионов соли диазония привитые на концах углеродных нанотрубок, а затем методом применения смещения на нанофильтрации мембранные отфильтрованный раствор катионов избирательно. Кроме того, на основе углеродных нанотрубок

Мембранные напряжения, концы углеродных нанотрубок никогда не может заряженных и гидрофобных государства в заряженном и гидрофильные условия [45]. Такие жидкости и нанотрубок изменение физических и химических эффектов, например, что контролируемый сброс жидких и расхода и контроль направления потока становится возможным. Улучшение избирательности углеродных нанотрубок композитной пленки функционализированных углеродных нанотрубок заканчивается, а также изменение заряда государства, для этого типа мембран нанофильтрации в биомиметических высвобождения лекарства, очистка воды, химического зондирования и других областях практического применения заложить фундамент.

Заключение

Гидрофобность и атомном уровне гладкой внутренней поверхности углеродных нанотрубок, может значительно уменьшить жидкости через силу всасывания и силу трения; Кроме того, размер пор углеродных нанотрубок можно плавно регулировать в нанометровом масштабе, способствующих размер пор нанофильтрации мембранные точное управление. Соответственно, нанофильтрации мембраны, к внутренним отверстием углеродных нанотрубок в качестве транспортного канала, как ожидается, одновременно получить высокую скорость проникновения и высокой селективностью.

В нескольких типичных мембран нанофильтрации нанотрубки, мембраны на основе неупорядоченных углеродных нанотрубок не может дать полный простор преимущества углеродных нанотрубок, и, следовательно, имеет большую ограничений. Нанофильтрации мембран на основе вертикально ориентированных углеродных нанотрубок на основе углеродных нанотрубок в отверстие в качестве основного транспортного канала способствует дать полный простор преимущества углеродных нанотрубок с высокой скоростью транспорта.

Первая заполнить пробел вертикальных массивов углеродных нанотрубок, то процесс углеродных нанотрубок травленый отверстиями на обоих концах основных технических Подготовка маршрута вертикально ориентированных углеродных нанотрубок композитных мембран. Среди них, методом CVD в нанотрубках разрыв наполненных полимеров, таких как поли (п-ксилол), технологии, можно не только преодолеть недостаток высокая хрупкость керамического материала основания, и

Исключить заинтересованных ориентации углеродных нанотрубок оказывают влияние, и является идеальным материалом матрицы способ получения мембран нанофильтрации. Кроме того, в последние годы были объединены полимера заполнены Подготовка мембранных фильтров углеродных нанотрубок технологии маршрута, и уплотнении вертикальных массивов углеродных нанотрубок в качестве нанофильтрации идеи мембранной технологии. Они также возможные направления развития углеродных нанотрубок нанофильтрации мембранные методы подготовки. Дальнейшее улучшение селективности мембран нанофильтрации по сравнению с практическим применением углеродных нанотрубок композитные мембраны нанофильтрации заложили основу для изменений путем функционализации углеродных нанотрубок конца и заряда.

Список литературы

[1] Sears K, Dumee L, Schutz J, et al. Recent developments in carbon nanotube membranes for water purification and gas separation [ J]. Materials, 2010, 3: 127-149.

[2] Freeman B D. Basis of permeability/selectivity trade-off relations in polymeric separation membranes [ J]. Macromolecules, 1999, 32: 375-380.

[3] Whitby M, Quirke N. Fluid flow in carbon nanotubes and nan- opipes [ J]. Nature Nanotechnol, 2007, 2: 87-94.

[4] Lopez-Lorente A I, Simonet B M, Valcarcel M. The potential of carbon nanotube membranes for analytical separations [ J] . Anal Chem, 2010, 82: 5399-5407.

[5] MajumderM, Chopra N, Andrews R, et al. Nanoscale hydrody¬namics - Enhanced flow in carbon nanotubes [ J ]. Nature, 2005 , 438, 44-44.

[6 ] Hummer J, Rasaiah J C, Noworyta J P. Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube [ J ]. Na¬ture, 2001, 414: 188-190.

[7] Zhao B, Futaba D N, Yasuda S, et al. Exploring advantages of diverse carbon nanotube forests with tailored structures synthe¬sized by supergrowth from engineered catalysts [ J ]. ACS Nano, 2009, 3: 108-114.

[8 ] Majumder M, Chopra N, Hinds B J. Effect of tip functionaliza- tion on transport through vertically oriented carbon nanotube membranes [ J]. J Am Chem Soc, 2005, 127: 9062-9070.

[9] NednoorP, Chopra N, GavalasV, et al. Reversible biochemical switching of ionic transport through aligned carbon nanotube membranes [ J]. Chem Mater, 2005, 17: 3595-3599.

[10] Endo M, Muramatsu H, Hayashi T, et al. Buckypaper from coaxial nanotubes [ J]. Nature, 2005, 433: 476-476.

[11] Kukovecz A, SmajdaR, Konya, Z, et al. Controlling the pore diameter distribution of multi-wall carbon nanotube buckypapers [ J]. Carbon, 2007, 45: 1696-1698.

[12] Zhang X, Sreekumar T V, Liu T, et al. Properties and struc¬ture of nitric acid oxidized single walled carbon nanotube films [ J]. J Phys Chem B, 2004, 108: 16435-16440.

[13] Xu G, Zhang Q, Zhou W, et al. The feasibility of producing MWCNT paper and strong MWCNT film from VACNT array [ J]. Appl Phys A: Mater Sci Process, 2008, 92: 531-539.

[ 16] Park J G, Li S, Fan X, et al. The high current-carrying capaci¬ty of various carbon nanotube-based buckypapers [ J] . Nano- technology, 2008, 19: 185710-1-185710-7.

[17] SmajdaR, Kukovecz A, Konya Z, et al. Structure and gas per¬meability of multi-wall carbon nanotube buckypapers [ J] . Car¬bon, 2007, 45: 1176-1184.

[18] Zhang X. Hydroentangling: A novel approach to high-speed

fabrication of carbon nanotube membranes [ J] . Adv Mater,

2008, 20: 4140-4144.

[19] Cooper S M, Chuang H F, Cinke M, et al. Gas permeability of a buckypaper membrane [ J]. Nano Lett ,2003, 3: 189-192.

[20] Viswanathan G, Kane D B, Lipowicz P J. High efficiency fine particulate filtration using carbon nanotube coatings [ J] . Adv Mater, 2004, 16: 2045-2049.

[21] Brady-Esetvez A S, Kang S, Elimelech M. A Single-walled- carbon-nanotube filter for removal of viral and bacterial patho¬gens [ J]. Small, 2008, 4: 481-484.

[22] Wang X, Li M, Chen R, et al. Electrosorption of ions from aqueous solutions with carbon nanotubes and nanofibers com¬posite film electrodes [ J]. Appl Phys Lett, 2006, 89: 053127¬1-053127-3.

[23] Xu Y Q, Peng H, Hauge R H, et al. Controlled multistep puri¬fication of single-walled carbon nanotubes [ J] . Nano Lett, 2005, 5: 163-168.

[24] Ziegler K J, Gu Z, Peng H, et al. Controlled oxidative cutting of single-walled carbon nanotubes [ J ]. J Am Chem Soc, 2005, 127: 1541-1547.

[25] Koros W J, Mahajan R. Factors controlling successful forma¬tion of mixed- matrix gas separation materials [ J] . Ind Eng Chem Res, 2000, 39: 2692-2696.

[26] Tantekin-Ersolmaz S B, Atalay-Oral C, TatherM, et al. Effect of zeolite particle size on the performance of polymer-zeolite mixed matrix membranes [ J]. J Membr Sci, 2000, 175: 285¬288.

[27] Das M, Perry J D, Koros W J. Gas-transport-property perform¬ance of hybrid carbon molecular sieve-polymer materials [ J] . Ind Eng Chem Res, 2010, 49: 9310-9321.

[28] Kim S, Pechar T W, Marand E. Poly (imide siloxane) and car¬bon nanotube mixed matrix membranes for gas separation [ J] . Desalination, 2006, 192: 330-339.

[29] Kim S, Chen L, Johnson J K, et al. Polysulfone and function- alized carbon nanotube mixed matrix membranes for gas separa¬tion: Theory and experiment [ J ]. J Membr Sci, 2007 , 294: 147-158.

[30] Cong H L, Zhang J M, Radosz M, et al. Carbon nanotube composite membranes of brominated poly ( 2, 6-diphenyl-1 , 4- phenylene oxide) for gas separation [ J ]. J Membr Sci, 2007 , 294: 178-185.

[31 ] Weng T H, Tseng H H, Wey M Y. Preparation and character¬ization of multi-walled carbon nanotube/PBNPI nanocomposite membrane for H2/CH4 separation [ J ]. Int J Hydrog Energ,

2009, 34: 8707-8715.

[32] Tseng H H, Kumar I A, Weng T H, et al. Preparation and characterization of carbon molecular sieve membranes for gas separation—the effect of incorporated multi-wall carbon nano¬tubes [ J]. Desalonation, 2009, 240: 40-45.

[33] Sanip S M, Ismail A F, Goh PS, et al. Gas separation proper¬ties of functionalized carbon nanotubes mixed matrix membranes [ J]. Sep Purif Technol, 2011, 78: 208-213.

[34] Nechifor G, Voicu S I, Nechifor AC, et al. Nanostructured hybrid membrane polysulfone-carbon nanotubes for hemodialy¬sis [ J]. Desalonation, 2009, 241: 342-348.

[ 35 ] Ren Z F, Huang Z P, Wu J W, et al. Synthesis of large arrays of well-aligned carbon nanotubes on glass [ J]. Science, 1998 , 282: 1105-1107.

[ 36 ] Hinds B J, Chopra N, Rantell T, et al. Aligned multiwalled carbon nanotube membranes [ J]. Science, 2004, 303: 62-65.

[37] Holt J K, Noy A, Huser T, et al. Fabrication of a carbon nano- tube-embedded silicon nitride membrane for studies of nanome¬ter-scale mass transport [ J ]. Nano letters, 2004, 4: 2245¬2250.

[38] MajumderM, Chopra N, Andrews R, et al. Nanoscale hydro¬dynamics: enhanced flow in carbon nanotubes [ J] . Nature, 2005 , 438 : 44-44.

[39] Holt J K, Park H G, Wang Y M, et al. Fast mass transport through sub-2nm carbon nanotubes [ J]. Science, 2006, 312: 1034-1037.

[40] Miserendino S, Yoo J, Cassell A, et al. Electrochemical char¬acterization of parylene-embedded carbon nanotube nanoelec- trode arrays [ J]. Nanotechnology, 2006, 17: S23-S28.

[41 ] Kim S, Jinschek J R, Chen H B, et al. Scalable fabrication of carbon nanotube/polymer nanocomposite membranes for high flux gas transport [ J]. Nano Letters, 2007, 7: 2806-2811.

[42] Yu M, Funke H H, Falconer J L, et al. High density, vertical¬ly-aligned carbon nanotube membranes [ J ]. Nano Lett, 2009, 9: 225-229.

[43] Fornasiero F, Park H G, Holt J K, et al. Ion exclusion by sub- 2-nm carbon nanotube pores [ J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105: 17250-17255.

[44] Majumder M, Zhan X, Andrews R, et al. Voltage gated car¬bon nanotube membranes [ J ]. Langmuir, 2007, 23: 8624¬8631.