[发明专利]小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。所述制备方法为：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；采用同步超声过滤方法将细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合膜；脱除湿态复合膜中的残留溶剂获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜。所述复合膜的表面为细菌纤维素纳米纤维所形成的完全覆盖的连续二维网状结构。本发明同时兼具表面完全覆盖的连续二维网状结构和较高的孔隙率。

技术领域

本发明涉及一种小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法，属于纳米纤维复合膜材料技术领域。

背景技术

纤维膜材料因其原料来源广泛、结构可调性强、集合体连续性好等特点成为目前使用最为广泛的一类材料。但由于纤维膜材料的直径多在微米级别使其存在孔径大的问题，严重限制了其在环境治理、生物医学以及清洁能源等领域应用性能的提升。因此，降低纤维膜孔径成为有效提升其在相关领域应用性能的关键。相比于常规微米级纤维材料，静电纺纤维膜的直径相对较细使其孔径得到一定程度的降低，但由于静电纺纤维直径(＞100nm)难以进一步细化使其孔径也难以进一步降低，仍无法实现在相关领域的实际应用。为制备小孔径纤维膜，专利《纳米蛛网/纳米纤维复合型防护材料的制备方法》(CN101564914)和《一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法》(CN103806221A)提出了在中低湿环境中通过静电纺丝技术来制备小孔径的纳米蛛网纤维膜的方法，但由于蛛网覆盖面积有限，难以得到结构连续的二维网状材料，同时蛛网层层紧密堆积导致材料孔隙率低。另有专利《高通量高效率纳米纤维膜及其制备方法》(CN102481527A)、文献[Novel nanofibrousscaffolds for water filtration with bacteria and virus removal capability[J].Journal of Electron Microscopy,2011,60(3):201-209]和[Nanofibrousmicrofiltration membrane based on cellulose nanowhiskers[J].Biomacromolecules,2012,13,180-186]提出利用氧化纤维素纳米晶在静电纺纤维膜表面形成非织造结构层进而减小纤维膜孔径，但该方法仅适用于静电纺纤维基材且由于氧化纤维素纳米晶长度多在1μm以下，直径在5～50nm，易发生团聚，难以在静电纺纤维表面形成均匀连续的非织造结构，而渗入到静电纺纤维膜内部的氧化纤维素纳米晶导致纤维膜的连通孔道被堵塞，纤维膜孔隙率降低。因此亟需一种适用范围广且可有效制备兼具完全覆盖的连续二维网状结构和高孔隙率的小孔径纤维膜的方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1)：将细菌纤维素膜机械解离并分散于不溶性溶剂中，通过加入分散剂形成稳定的细菌纤维素纳米纤维悬浮液；

步骤2)：采用同步超声过滤方法将步骤1)制得的细菌纤维素纳米纤维悬浮液铺在多孔纤维基材表面形成湿态复合膜；

步骤3)：脱除步骤2)制得的湿态复合膜中的残留溶剂获得表面具有完全覆盖的连续二维网状结构的小孔径高孔隙率细菌纤维素纳米纤维复合膜。

优选地，所述步骤1)中机械解离采用高速搅拌解离、超声解离、高压均质解离、高速研磨解离和冷冻研磨解离中的任意一种或几种的组合。

优选地，所述步骤1)中不溶性溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮和丁酮中的任意一种或几种。