[发明专利]导电超疏水复合纤维膜、制备方法及其在油水分离中的应用

说明书

本发明公开了一种导电超疏水复合纤维膜、制备方法及其在油水分离中的应用。所述方法先通过超声驱动将具有中空结构的碳纳米纤维吸附在热塑性聚氨酯纤维膜表面，随后浸泡在PDMS溶液中，制得具有双网络结构的柔性导电超疏水复合纤维膜。本发明的复合纤维膜具有优异的疏水性能，接触角可达157°，并且具有良好的光热效应。本发明的导电超疏水复合纤维膜适用于净化不同种油污污染过的水体，达到油水分离的效果。在强酸、强碱的复杂环境中，接触角依然保持150°以上，具有良好的化学稳定性，且油水分离效果优异，分离效率达到95.6％，流速最高可达到6577.3L m^‑2h^‑1，同时能够循环使用。

技术领域

本发明涉及一种导电超疏水复合纤维膜、制备方法及其在油水分离中的应用，属于导电高分子复合材料技术领域。

背景技术

近年来，石油泄漏和工业含油废水排放造成的环境问题日益严重。高分子纤维膜因其质轻、比表面积大及独特的孔结构等优点，已被广泛用于油水分离。通常油水分离膜具有超浸润性，即超疏水/超亲油或者超亲水/水下超疏油。材料表面的粗糙结构是实现超浸润性的必要条件。如果将纳米颗粒直接溶于高分子溶液中进行纺丝，填料浓度需要超过最大堆积密度后才能在纤维表面分布。然而高浓度填料不仅会增加成本，还会提高溶液粘度，降低溶液的可纺性。此外，高浓度刚性粒子的加入会大幅降低高分子纤维膜的柔性。

纳米填料选择性地分布于纤维表面能够有效解决这一问题。通过层层自组装或者静电作用在纤维表面引入纳米颗粒是构建表面粗糙度的有效方法。ZHOU等人将聚苯胺和含氟烷基硅烷涂层到棉织物上，得到油水分离材料，该油水分离材料的水接触角高达156°，且分离效率高达97.8%。但是由于使用了有毒的含氟试剂，对环境有一定影响（Xiaoyan Zhou,Zhaozhu Zhang, Xianghui Xu, et al..Robust and durable superhydrophobic cottonfabrics for oil/water separation[J].ACS Applied Materials Interfaces,2013,(5):7208-7214.）Huang等人通过超声及浸泡两步简单作用将碳纳米管（CNT）与聚硅氧烷涂层复合到聚氨酯纤维膜上构造出微纳米粗糙结构，使膜具有油水分离作用，但是油水分离时通量较低，只有1365L m^-2 h^-1（Xuewu Huang, Bei Li, Xin Song, et al.Stretchable, electrically conductive and superhydrophobic/superoleophilicnanofibrous membrane with a hierarchical structure for efficient oil/waterseparation[J]. Journal of Industrial and Engineering, 2019,(70):243-252）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐腐蚀性、表面稳定性和耐用性以及具有高油水分离效率和通量的导电超疏水复合纤维膜及其制备方法。该方法通过超声驱动在热塑性聚氨酯纤维膜中引入具有中空管状结构的碳纳米纤维，中空管状结构的碳纳米纤维具有完善的石墨化结构，具有疏水吸油特性，随后经过PDMS的表面改性，使碳纳米纤维与高分子纤维具有良好的界面粘合力，进而获得超疏水的表面，最终获得具有油水分离功能的导电超疏水复合纤维膜。

实现本发明目的的技术解决方案如下：

导电超疏水复合纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将中空碳纳米纤维（CNF）超声分散在水与乙醇的混合液中，得到均匀的中空碳纳米纤维分散液；

步骤2，将热塑性聚氨酯（PU）纤维膜置于中空碳纳米纤维分散液中，超声分散5min~15min，得到初步的导电纤维膜；

步骤3，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）、固化剂溶解于正庚烷溶液中；