[发明专利]一种纳米纤维复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及海水淡化、反渗透浓水零排放领域，具体涉及一种纳米纤维复合膜及其制备方法和应用。该纳米纤维复合膜包括依次层叠的疏水层、支撑层和亲水层，其中，疏水层和亲水层分别以纤维形式存在，所述纤维的直径为200‑400nm，所述亲水层与水的接触角为15‑60度，所述疏水层与水的接触角为120‑160度。还涉及制备纳米纤维复合膜的方法以及该纳米纤维复合膜的应用。本发明的纳米纤维复合膜包括依次层叠的疏水层、支撑层和亲水层。因此，该纳米纤维复合膜兼具疏水和亲水性质，有效解决了疏水膜在膜蒸馏运行中出现的孔润湿现象，大大提高了疏水膜的使用寿命、并极大地降低了成本。

技术领域

本发明涉及海水淡化、反渗透浓水零排放领域，具体涉及一种纳米纤维复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

高盐度难处理工业废水的排放问题正日益被关注，其零液体排放是未来深度处理技术的发展方向。而膜蒸馏可把水溶液浓缩至过饱和状态，为实现零液体排放提供可能。膜蒸馏主要应用于废水处理、海水淡化以及对反渗透浓水的处理。膜蒸馏(MD)过程所用的膜要求具备疏水性和多孔性的特点，一方面保证液体不会进入膜孔，另一方面可获得比较大的膜通量。除必须满足这两个条件外，膜蒸馏使用的膜还应满足机械强度好、耐热性和化学稳定性好，以及导热系数低等特点。目前，常用来制备疏水性膜的高分子材料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚偏氟乙烯(PVDF)，PTFE的表面张力最小，疏水性最好，具有耐氧化性和化学稳定性强等优势，PVDF的疏水性、耐热性、可溶性都很强，而且膜机械强度好，易制取，可开发潜力大。PP膜制膜简单易于产业化，且价格低廉，但当前应用于膜蒸馏的膜存在孔隙率低、亲水化渗漏及膜通量低等现实问题。

因此，研制价格低廉、孔隙率高、通量高、易于工业化生产及应用的膜蒸馏膜，有效提高膜的抗润湿性能及使用寿命显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中复合膜孔隙率、通量以及抗润湿性较低等缺陷，提供一种纳米纤维复合膜及其制备方法和应用，该复合膜具有依次层叠的疏水层、支撑层和亲水层，即其兼具疏水和亲水的性质，且复合膜的孔隙率和通量较高，该特定结构的复合膜能够有效解决膜蒸馏过程中孔隙易润湿的现象，复合膜的使用寿命也得到了极大提高。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种纳米纤维复合膜，该纳米纤维复合膜包括依次层叠的疏水层、支撑层和亲水层，其中，疏水层和亲水层分别以纤维形式存在，所述纤维的直径为200-400nm，所述亲水层与水的接触角为15-60度，所述疏水层与水的接触角为120-160度。

本发明第二方面提供了一种制备纳米纤维复合膜的方法，该方法包括：

在支撑层的一个表面上第一静电纺丝疏水静电纺丝溶液后第一热压以在支撑层的一个表面上形成疏水层，且在支撑层的另一表面上第二静电纺丝亲水静电纺丝溶液后第二热压以在支撑层的另一个表面上形成亲水层，制得的纳米纤维复合膜的亲水层与水的接触角为15-60度，疏水层与水的接触角为120-160度，疏水层和亲水层分别以纤维形式存在，所述纤维的直径为200-400nm。

本发明第三方面提供了上述纳米纤维复合膜或者上述方法制得的纳米纤维复合膜在膜蒸馏中的应用。

本发明的纳米纤维复合膜包括依次层叠的疏水层、支撑层和亲水层。因此，该纳米纤维复合膜兼具疏水和亲水性质，有效解决了疏水膜在膜蒸馏运行中出现的孔润湿现象，大大提高了疏水膜的使用寿命、并极大地降低了成本。本发明制备上述复合膜的方法主要为静电纺丝技术，该方法原料易得，过程简单，操作简便，解决了现有技术中膜蒸馏用膜疏水性不佳和膜孔亲水化渗漏的技术问题，能够增强膜的力学性能。

附图说明

图1是对比例1-5制备的单侧具有疏水层的复合膜M-0、M-0.5、M-1、M-2和M-4的疏水层的接触角示意图；