[发明专利]一种超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜的制备方法

说明书

本发明公开一种超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜的制备方法，步骤：(1)用疏水性聚合物配制静电纺丝液一，静电纺丝成聚合物纳米纤维膜；(2)将氧化物前驱体与疏水性聚合物配制成静电纺丝液二，在聚合物纳米纤维膜的一个表面静电纺丝制备得复合纳米纤维膜；(3)将氧化物前驱体加水和有机胺制成水热溶液，将步骤(2)获得的膜浸入水热溶液，水热生长，得到多级纳米纤维复合膜；(4)将改性溶液喷涂在步骤(3)获得的膜上，水洗，干燥，热处理，得到超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜。本发明的方法原料易得，操作条件温和，工艺简单，从而赋予复合膜表面超疏水疏油性能，增大膜表面传质效率的同时提高耐浸润和抗污染性能，制备工艺可控。

技术领域

本发明属于分离膜技术领域，特别涉及一种超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜的制备方法。

背景技术

膜蒸馏是一种将膜分离过程和蒸馏过程结合起来的分离技术，使用一种多孔疏水膜作为分离介质，以膜两侧的蒸汽压差作为推动力实现盐水或废水的分离纯化。和传统膜分离过程以及传统蒸馏过程相比，膜蒸馏有诸多优点：操作温度低，可利用低级热能或太阳能等可再生资源；分离性能好，可直接制备超纯水；可处理热敏性溶液、高浓度盐水或工业废水；与反渗透相比，操作压力低，可在常压下进行，对膜的强度要求较小。这些优点使膜蒸馏吸引了研究界和工业界的广泛关注，然而膜蒸馏至今仍然未得到大规模的工业化应用，其主要原因是缺少针对膜蒸馏设计的专用膜。目前膜蒸馏使用的商业疏水微孔膜主要包括利用拉伸或相转化等方法制备的聚四氟乙烯膜(PTFE)、聚丙烯膜(PP)、聚偏氟乙烯膜(PVDF)等，但是这些膜并非为膜蒸馏设计，在性能方面存在通量较低、易润湿、易污染等问题。针对膜蒸馏过程特点，设计构筑高通量、耐润湿、抗污染且经济性好的膜蒸馏用膜是促进膜蒸馏过程工业化、缓解淡水资源危机的关键。

近十几年来，研究者尝试利用静电纺丝技术制备各种水过滤膜，静电纺纳米纤维膜(ENMs)其孔径可控、孔隙率高、孔道结构互通连接等特点，与传统技术制备的膜相比，流体在这种结构中的流动传质阻力会较小，而且可以通过静电纺丝工艺的调控或者后处理手段轻松实现纳米纤维膜的表面功能化改性。鉴于此，人们逐渐意识到其在膜蒸馏领域的应用潜力。

静电纺纳米纤维膜的突出优势是具有较高的膜通量，但是其相对疏松的结构使其疏水性不强，通常采用的热压后处理虽然能够在一定程度上弥补这一缺陷，但是会牺牲膜通量，而且热压后的膜在长期运行过程中仍旧会被润湿和污染，尤其当处理的水中含有油类和低表面张力污染物的时候。近年来，研究者将研究重点转移到采用不同手段对膜进行功能化改性提高其耐浸润性能，从而更好地满足膜蒸馏的要求。利用喷涂或共混静电纺丝的方法，在膜表面构建纳米粗糙结构，再进一步结合含氟或含硅低表面能材料改性，赋予膜表面超疏液(superomniphobic)性能，是提高静电纺纳米纤维膜表面耐浸润和抗污染最有效的方法。根据Wenzel和Cassie-Baxer模型，相较于颗粒状纳米粗糙结构，膜表面的多级纳米结构(如纳米棒等)能够更有效地降低固液接触面积，大幅提高膜的耐浸润性能。水热生长是制备这种多级纳米结构最简单有效的方法，但是目前大部分多级纳米结构(如氧化锌、氧化钛等)水热生长制备都是在无机材料或者有机平板膜基底上进行。

因此，亟需一种以静电纺纳米纤维为基底构筑这类多级纳米结构，更好地解决膜的润湿问题，提升其膜蒸馏性能的制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种超疏液多级纳米纤维复合膜蒸馏膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将疏水性聚合物溶解在有机溶剂一中，配制成静电纺丝液一，通过静电纺丝制备成聚合物纳米纤维膜；

(2)将氧化物前驱体与疏水性聚合物溶解在有机溶剂一中配制成静电纺丝液二，在步骤(1)获得的纤维膜的一个表面通过静电纺丝制备得到聚合物-聚合物/氧化物前驱体复合纳米纤维膜；