[发明专利]一种超疏水水滑石复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水水滑石复合膜材料及其制备方法。该方法通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。本发明制备的超疏水水滑石复合膜具有较高的表面粗糙度，且水滑石结构稳定，孔隙丰富，在油水分离方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，特别涉及了一种超疏水水滑石复合膜材料及其制备方法。

背景技术

水镁石类化合物主体层金属元素和客体阴离子的化学组成的多样性使这些材料具有多种性质，这使得它们广泛应用于生成薄膜和涂层，用于催化、分离、净化、抗反射、生物医学等许多领域。

静电纺丝是一种利用表面经典排斥作用，以粘性流体为原料，简便、通用、连续地制备纳米纤维的方法。静电纺丝制备的纳米纤维，其直径可以达数十纳米，纳米纤维的材料范围广泛，包括高分子、陶瓷、小分子以及其复合物。除了可以制备表面光滑的纳米纤维，静电纺丝发还可以制备具有二级结构的纳米纤维，包括孔、空腔、核-壳结构等。纳米纤维的表面和内部可进一步地加入分子或纳米颗粒修饰，这一过程可在静电纺丝过程中同时进行、也可在纳米纤维形成之后进行。另外，对纳米纤维进行排列、堆垛、折叠，可组装形成有序结构或分级结构。这些特性使得静电纺丝被广泛应用于空气过滤、水处理、异相催化、环境保护、智能织物、表面涂层、能量的收集转化和存储、封装生物活性材料、药物缓释、组织工程、再生医学等。

将水滑石制备与静电纺丝技术结合，制备有机-无机复合膜材料可兼顾纤维膜材料的宏观结构与水滑石的多功能性，实现不同功能的有效复合，拓展两种材料的应用范围。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明目的在于提供一种超疏水水滑石复合膜及其制备方法。本发明采用静电纺丝技术将种源引入到聚合物纺丝溶液中，采用原位生长法在聚合物纤维上生长水滑石，制备水滑石负载稳定，具有高粗糙度的水滑石复合膜，最后利用硅烷进行化学改性，得到超疏水水滑石复合膜。

本发明所述的超疏水水滑石复合膜的制备方法为：通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。

本发明所述的超疏水水滑石复合膜的制备方法的具体步骤为：

1)将聚合物用溶剂溶解得到聚合物溶液，然后加入金属氧化物和/或水合金属氧化物，分散均匀后加入到注射器中，设定电场电压为8-25kV，优选12-20kV，溶液流量为0.5-2mL/h，喷丝针头与接收器之间距离为8-20cm，优选12-18cm，静电纺丝得到的掺杂的聚合物纤维膜60-100℃干燥6-12h；

2)配制含二价金属阳离子M²⁺和三价金属阳离子M³⁺的混合溶液，其中M²⁺和M³⁺的摩尔比为1-4，M²⁺的浓度为0.001-0.2mol/L；然后加入尿素，尿素的物质的量为混合溶液中阴离子的总物质的量的1-4倍；将混合液搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯高压反应釜中；将掺杂的聚合物纤维膜也放入聚四氟乙烯高压反应釜中，于90-160℃下水热反应6-24h后，冷却到室温，取出聚合物纤维膜，用去离子水冲洗并超声清洗10-20min，最后用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥箱中50-100℃干燥4-12h；

3)将步骤2)得到的聚合物纤维膜和和硅烷共同加入正己烷中于70-90℃下回流反应12-24h，硅烷浓度为0.005～0.007mol/L，最后用正己烷和二氯甲烷冲洗，真空干燥箱中60-100℃干燥4-6h，即得到超疏水水滑石复合膜。

步骤1)中聚合物溶液的溶度为0.08-0.2g/mL。