[发明专利]一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种疏水膜，具体说是一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用。疏水膜是通过静电纺丝技术制备的一种高分子纳米纤维膜，其表面进行纳米化修饰提高表面疏水性；疏水膜与水的接触角达到140°‑180°。本发明将静电纺丝技术与表面纳米化技术相结合，制备工艺简单，制备的疏水膜具有自清洁功能、孔隙率高，可应用于空气净化过滤器、膜蒸馏和油水分离等领域。

技术领域

本发明涉及疏水膜，具体的说是一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用。

背景技术

受自然界中荷叶效应启发，人们研制出各种超疏水自清洁表面，广泛应用于洗涤、印染、纺织、食品、包装、建筑涂料、管道运输、航空航天、传感器以及防污防腐抗氧化，膜分离等领域。随着人们对“荷叶效应”机理的深入研究，“荷叶效应”自清洁特征逐渐被人们所揭示为由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面疏水的蜡状物质的存在共同决定的。2002年，江雷研究小组报道了一个新的发现(Lin F,Shuhong L,Yingshun L,et al.Super-hydrophobic surfaces:From natural to artificial.Adv Mater,2002,14(24):1857-1860.)，认为荷叶效应产生的原因在于其独特的纳-微米二级结构。因为荷叶表面上的这些结构之间的凹陷部分充满着空气，使液滴与荷叶表面的接触成为固-气和液-气的复合接触，即Cassie接触。这就使尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等落在荷叶上，形成了一层极薄的“气垫”。液滴只能接触到叶面上的几个突起点，使得水滴不能渗透，而能够自由地滚动。由于雨点在自身的表面张力作用下会形成球形，水滴形成的水球，在运动过程中就会吸附灰尘等杂物滚出叶面，这就解释了荷叶表面具有的优良的自清洁性能。

依据具有自清洁特性的天然荷叶表面独特的纳-微米二级结构，每个微米级乳突同时又是由许多纳米级小乳突构成，通过分子设计制备高分子表面微米一纳米双重结构(Micro—nano-binarystructure，NMBs)，构造自清洁疏水表面。常有的制备方法有刻蚀法，相分离法，喷涂法和旋涂法，电化学沉积法等来制备具有微纳结构的表面。近年来，静电纺丝技术和纳米技术的发展为构造具有微纳结构表面的新型疏水多孔膜提供了可能。通过静电纺丝技术能够构造具有微米结构的粗糙表面，制得的纳米纤维膜具有高孔隙率、膜厚度、孔径大小和分布可控等优点，而且更多的材料包括天然聚合物、合成聚合物以及它们的混合物都可以通过静电纺丝制备纳米纤维膜，而表面纳米化技术在静电纺纳米纤维膜表面修饰纳米溶胶和颗粒，进一步调控多孔膜表面性质，使其具有自清洁和疏水性。这种静电纺丝和表面纳米化技术相结合构造具有微纳结构的自清洁疏水表面，其制备过程简单，使用材料范围宽，具有很高的应用价值。其具有自清洁功能的疏水多孔膜在空气净化过滤、膜蒸馏，膜吸收，膜萃取，膜脱气和油水分离膜等领域有着广泛应用。

尤其随着中国经济的高速发展，城市现代化的大步推进，空气污染和水污染越来越严重。如何有效净化室内空气、有效治理工业、生活等废水，对人类健康和社会经济的发展具有广泛的意义。分离膜因其高效、节能、环保等优点，在空气净化和污水处理等领域受到广泛应用。然而，分离膜在使用过程中，膜表面的孔隙率低和膜污染问题成为影响膜性能的重要因素。分离膜的孔径率低，孔径过大，无法实现很好的分离效果；膜污染容易造成堵塞膜孔，降低膜通量和膜的使用寿命。如目前市场上空气过滤膜多为非织造纤维布，其直径较粗，通常是微米级，孔径过大，截留率很低，无法过滤直径小于或等于2.5μm的大气气溶胶粒子，且膜在使用过程中，随着使用时间的延长，造成膜表面的污染，降低膜通量和使用寿命的下降；膜蒸馏用膜由于膜的孔隙率低，限制了膜通量，同时在使用过程中也面临着严重的膜污染问题，造成膜通量的下降，对膜表面或膜孔的疏水性造成破坏，降低截盐率。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有自清洁功能的疏水膜及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：