[发明专利]高水通量PHBV复合膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子分离膜领域，尤其涉及PHBV复合膜。

背景技术

近年来，环境污染和能源短缺问题日益严重，一方面目前大量使用的复合材料是不可降解的，会造成白色污染。另一方面，大多数高分子材料的原料是石油的降解产物，该类资源日趋短缺。因此，生物高分子材料越来越受到人们的重视。PHBV以食品厂的工业废料、废弃的水果等作为微生物合成的原料，且具有良好的生物相容性和生物可降解性是非常理想的环保材料。

在聚合物纤维膜制备方面，国内外许多研究者采用静电纺的方法来制备。该方法制备的纤维膜具有较高的孔隙率，连贯的孔洞结构，良好的吸附性能和大的比表面积等特殊性能，可作为微纳过滤材料使用，用于空气过滤[Filtration and separation,2002,39:20–22.]及水过滤[Journal of Membrane Science,2010,365:68–77.]。对于PHBV来说，虽然PHBV的热稳定性和生物降解性较好，但是单纯的PHBV静电纺纤维膜力学性能差，耐压性差，并且其亲水性较弱，不能实现过滤用。因此，必须对PHBV现存的性能缺陷进行改性。

发明内容

本发明克服现有技术中电纺纤维膜水通量低的不足，提供一种高水通量PHBV复合膜的制备方法。

为克服上述技术问题本发明采用的技术方案如下：

一种高水通量PHBV复合膜是以PHBV静电纺纤维膜为复合膜的基层，以亲水性聚合物为涂覆层；

其中PHBV纤维的直径为0.5-10μm，膜厚度为10-150μm；涂覆层厚度为0.5-2μm。

上述高水通量PHBV复合膜的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）以PHBV溶液为纺丝液进行纤维膜制备，以PHBV静电纺纤维膜为复合膜的基层；

（2）将亲水性聚合物溶于溶剂中，然后向其中加入增塑剂与成孔剂，加热溶解，静置脱泡后形成涂覆溶液，将涂覆溶液涂覆于基层上，经干燥后即得到PHBV复合膜。

作为优选，步骤（1）所述的PHBV纤维膜的具体制备工艺为：将PHBV溶于纺丝液三氯甲烷/乙醇混合溶液中，形成纺丝液，纺丝液的浓度为5wt%-12wt%，将纺丝液进行静电纺丝：推进速度1-4mL/h，电压8-16kV，接受距离10-25cm，得到PHBV静电纺纤维膜，PHBV纤维的直径为0.5-10μm，膜厚度为10-150μm，纤维直径和厚度影响了PHBV静电纺纤维膜的孔隙率，从而影响产品的过滤效果。

作为优选，所述的三氯甲烷/乙醇混合溶液中三氯甲烷与乙醇的体积比为3～9:1。使用三氯甲烷/乙醇混合溶液更有利于纤维的成形。

作为优选，步骤（2）所述的亲水性聚合物包括聚乙烯醇PVA、壳聚糖CS、醋酸纤维素CA、聚乳酸PLA其中一种或多种，聚合物溶于溶剂后浓度为2wt%-18wt%；步骤（2）所述的溶剂包括水、冰醋酸、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、N-甲基吡咯烷酮或甲酸其中一种或多种混合溶剂。

作为优选，步骤（2）所述的增塑剂为丙三醇、柠檬酸酯类的一种；成孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或碳酸钠其中一种，增塑剂与成孔剂溶于溶剂后浓度分别为0.5wt%-4wt%和0.5wt%-3wt%，控制添加剂的用量，使得涂覆层内部形成致密层和疏松层的结构，并且能够与纤维膜基层紧密复合，可改善复合膜涂覆层的水通量及韧性。

作为优选，所述的涂覆溶液与PHBV纺丝液体积比为3:7-7:3，涂覆层厚度为0.5-2μm，通过涂覆溶液浓度的控制使其具有良好的成膜性，通过控制涂覆层的厚度使得产品具有更好的过滤效果。

作为优选，步骤（2）所述的干燥条件为：在50-120℃下干燥3-12h，控制好溶剂的挥发速度及渗透率，保证复合膜的平整度，尤其是涂覆层的完整性。

上述制备方法制备的PHBV复合膜可用于微纳米颗粒的过滤和金属废水与有机废水的分离过滤。如对微纳米级二氧化硅、二氧化钛、聚苯乙烯及一些金属粉尘的过滤，对空气中PM2.5粉尘过滤效果极好，并且，可用于分离过滤印染废水、金属废水、油水混合物及生活污水，过滤效果可达96%以上，水通量可达到1500L/m²h。

作为优选，所述过滤条件为：在0.1Mpa压力下，采用错流方式过滤。