[发明专利]纳米纤维超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属高分子分离膜领域，特别是涉及以静电纺纳米纤维为原料获得超滤膜的制备方法。

背景技术

膜法水处理技术由于具有效率高、能耗低、占地小，被净化的水和回收的有害物质可以再利用，可以实现闭路循环，防止二次污染等优点，已在海水及苦咸水淡化、制取饮用水、废水处理和回用等方面发挥着巨大的作用，如文献：[徐又一，徐志康，高分子膜材料，化学工业出版社，2005；S.Judd，B.Jefferson，膜技术与工业废水回用，化学工业出版社2006]等报道的技术。

超滤膜，一般认为其有效孔径在10nm～0.2μm之间。超滤膜是在微滤膜朝微孔减小方向发展的过程中出现、形成的。超滤膜多数为非对称膜，往往含有两层结构，其中一层的厚度、孔径较大，该层阻力小、通量大，不决定膜的截留性能，具有支撑增强作用；另一层厚度和孔径小、阻力大、通量小，该层决定膜的截留性能和通量。其截留对象主要是大分子、胶体和小尺寸微粒，主要用于液体体系的分离。

高分子材质的超滤膜多采用溶液相转化法，然而由该方法所制备的超滤膜一般厚度较大，空隙率较小，并且所形成的微孔多为闭孔结构。正是由于这种结构特点导致了由该种方法制备的超滤膜较低的过滤通量。超滤膜的应用领域十分广泛，其中主要有食品和乳品工业、制药、纺织、化工、冶金、造纸、和皮革工业等，如牛奶浓缩、干酪制造、乳清蛋白回收、染料回收、抗菌素的分离、果汁及酒精饮料的、饮用水的净化。另外超滤膜还被广泛用于纳滤和反渗透复合膜的支撑基膜使用。

静电纺丝是当前制备纳米纤维等超细纤维材料的最主要的简单有效的技术。静电纺纤维最主要的特点是纤维比传统的纺丝方法细的多，直径一般在数十纳米到上千纳米，所形成的无纺布是一种有纳米微孔的并且孔隙互通的多孔材料，孔隙率可高达80％左右，并且孔隙可通过调节电纺工艺参数而有效调控。

因静电纺丝纳米纤维无纺布具有纤维纤度细、表面积大、孔隙率高等的形态特点，并具有良好的机械强度和轻质轻量和吸附性能，是非常好的过滤材质以及过滤支撑材质。因此静电纺纳米纤维在分离膜领域的应用研究倍受各国研究者的关注。静电纺丝非织造布作为过滤材料最早是应用在开发高效空气过滤材料方面，利用静电纺丝技术在空气过滤方面已经开发了一些高性能的空气过滤器，如文献：[Gopal R，Kaur S，Ma Z 2006Journal of Membrane Science 281 581-58；]报道的技术。静电纺丝纤维直径和所堆积形成无纺布的孔径是影响过滤材料过滤精度和效率的主要因素。在过滤材料中。较小的纤维直径往往具有较高的过滤精度和过滤效率，因此在压力损失(过滤前后静压差值)等参数允许范围内，静电纺丝要选择形成较小的直径和孔径的参数，以提高过滤精度。但是由于静电纺丝这一加工方法自身特点的限制，要获得平均直径小于100纳米的纤维非常困难，必须通过选择特定的高分子材料才能达到100纳米以下，从而也限制了静电纺无纺布孔径的进一步降低。一般来说，静电纺纳米纤维无纺布直接用于过滤介质可以有效的滤除直径大于300nm以上颗粒。如果要利用静电纺纳米纤维无纺布的高空隙率和开孔结构获得高通量的同时对小于300nm的颗粒、可溶性有机大分子进行有效地滤除达到超滤效果，就必须在保证静电纺纳米纤维无纺布结构特点的前提有效降低静电纺纳米纤维无纺布的孔径。文献：王雪芬等[Wang X，Fang Di，Yoon K，Hsiao B S and Chu Benjamin 2006J.Membr.Sci 278 261-8；Wang X，Chen X，Yoon K.，Fang D，Hsiao B S and Chu B 2005Environ.Sci.&Technol 39 7684-91]人利用静电纺纳米纤维无纺布膜首次制备了由静电纺丝纳米纤维多孔膜和功能涂层组成的新型膜分离材料-纳米纤维超滤复合膜，并成功用于乳液废水过滤(Water filtration)体系。

但是这些降低孔径的方法多采用表面涂覆法，获得一致密的选择层，其工艺复杂，成本较高，并且很难在控制选择层厚度的同时均匀高效的对大面积的静电纺纳米纤维无纺布进行大规模涂覆。换言之，这种方法策略很难在工业化生产中得到推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米纤维超滤膜及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足有关领域发展和应用的需要。

本发明的方法，包括如下步骤：