[发明专利]一种纳米纤维复合超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于过滤膜材料的制备领域，特别涉及一种纳米纤维复合超滤膜的制备方法。

背景技术

含油污水来源十分广泛，如石油化工、开采、机械加工、皮革、纺织、食品等行业，并且排放量大，若直接排入水体，对自然生态平衡危害极大。对含油污水的传统处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法，但是传统的污水处理方法效率低、成本高并且存在二次污染。随着现代科技的发展，高分子膜材料越来越多地应用于污水处理，纳米纤维膜是其中最有优势的一种。

静电纺纳米纤维直径在亚微米和纳米之间，具有比表面积大、孔隙率高、制备过程简单等优点，纺制一定厚度的均匀纳米膜因具有高滤效、孔隙率高、轻薄等特点迅速引起人们的关注并很快应用到在生物医用、过滤材料、复合材料、电子、纳米传感器等领域。但纳米纤维膜的力学性能差是现今阻碍它广泛应用的最大因素。

已有很多学者针对纳米纤维膜强力弱问题展开大量研究，方法如下：共混粒子法，如加入TiO₂、SiO₂等，ShuaiW.[Wang,S.,etal.AppliedSurfaceScience,2013.279:p.150-158]等研究表明在静电纺丝过程中加入Fe3O4SiO2POTS纳米粒子制备的纳米纤维膜具有超疏水性、超顺磁性、机械稳定性和耐酸性。Fe3O4SiO2POTS/PVDF质量比为0.10:12时，纳米膜的应力为是3.53MPa，是Fe3O4SiO2POTSPVDF质量比为0.30:12的4倍以上；后处理，包括加热、热牵伸、预加张力、提高卷曲性、煅烧等，Y.H.D.[Ding,Y.,etal.Ionics,2009.15(6):p.731-734]等研究表明P(VDF-HFP)静电纺纳米纤维膜随着温度从25℃升至75℃，纳米膜的断裂强度呈逐渐下降趋势，从7MPa下降至2MPa左右；制备取向纳米纤维膜,B.H.[He,B.,etal.TextileResearchJournal,2012.82(13):p.1390-1395]等研究表明MWNTs/PMIA纳米纤维膜断裂强度随着MWNT的加入而增加，当MWNTs质量比为0.6％时，纳米膜的断裂强度提高86％；多种材料混纺；调节纺丝参数，包括温湿度、纺丝浓度、纺丝有机溶剂的选择等,J.P.[Pelipenko,J.,etal.InternationalJournalofPharmaceutics,2013.456(1):p.125-134]等研究表明控制纺丝过程湿度变化，可以调节纳米纤维的直径，进而影响纳米膜力学性质；制备同轴或多轴复合纳米纤维膜等,Tijing[Tijing,L.D.,etal.CurrentAppliedPhysics,2013.13(7):p.1247-1255]等研究表明双轴纯PU纳米纤维膜断裂强度比单轴的高25％。

这些方法在一定程度上解决纳米膜强力低的同时，也存在一定的不足之处。共混纺、后处理在略微改善纳米膜强度的同时，也会降低纳米膜的弹性，且由于共混粒子的加入，粒子的混合均匀性将会对纳米膜的性质及纺丝条件造成不良影响；取向纳米膜虽然能一定程度上提高沿纤维排列方向纳米膜力学性质，但是垂直向及45°等方向纳米膜的力学性质依旧很弱；混纺、调节纺丝参数、同轴或多轴复合纳米纤维膜等方式虽然能在一定程度上提高纳米膜的力学性能，但是提高程度不足以克服纳米膜在应用上的缺陷，比如水过滤、油水分离等方面，纳米膜强力在1N左右，会极大削弱其使用寿命，缩小其应用领域。通过热轧制备复合滤料[孙熙.一种针刺/水刺与静电纺复合滤料制造方法[P].中国专利：201310036655.X，2013-01-31]，可制备出高强度复合滤料。但具有高强力，兼具高截留率和纯水通量的纳米膜制备工艺却鲜有报道。