[发明专利]一种纳米纤维过滤薄膜及其制备方法和装置

权利要求书

1.一种纳米纤维过滤薄膜，其特征在于，包括氮化硼纳米片（BNNSs）和纳米陶瓷纤维；所述氮化硼纳米片（BNNSs）剪切缠结到聚合物前驱体溶液形成的纳米纤维上；所述氮化硼纳米片（BNNSs）和纳米陶瓷纤维均匀分布，其中，氮化硼纳米片（BNNSs）的厚度为20~50 nm，氮化硼纳米片（BNNSs）尺寸为300×600~700×700 nm²；所述纳米陶瓷纤维的直径为40~800nm；纳米陶瓷纤维为长条状。

2.一种纳米纤维过滤薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将六方氮化硼（h-BN）进行高能球磨后超声分散，制备出氮化硼纳米片（BNNSs）；

步骤二：以聚合物前驱体溶液、氮化硼纳米片（BNNSs）为原料，制备纳米纤维与氮化硼纳米片（BNNSs）复合物；

步骤三：将所述步骤二制备的纳米纤维与氮化硼纳米片（BNNSs）复合物进行真空热处理并冷却至室温，得到纳米纤维过滤薄膜；

其中，步骤二中，通过高压气瓶同时向超音速喷嘴与送末送料器输送压缩空气，压力为0.5~1.0 MPa，超音速喷嘴对压缩空气完成加速，氮化硼纳米片（BNNSs）通过粉末进料器供给至超音速喷嘴出口处，供给量为0.1~0.5 g/min；聚合物前驱体溶液通过微流控注射泵供给至超音速喷嘴出口处，流量为0.1~0.3 ml/hr；氮化硼纳米片（BNNSs）在超音速流作用下剪切缠结到聚合物前驱体溶液形成的纳米纤维上，最终形成纳米纤维与氮化硼纳米片（BNNSs）复合物。

3.根据权利要求2所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，采用高能球磨加超声分散的方法，具体为：将六方氮化硼（h-BN）原位剥离为氮化硼纳米片（BNNSs），高能球磨以乙醇作为分散剂，六方氮化硼（h-BN）与乙醇的质量比为8:1~10:1，球磨时间为30~60 min，转速为300~400 rpm。

4.根据权利要求2所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，超声分散时间为80~120 min。

5.根据权利要求2所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三中，将步骤二制得的复合物进行高温煅烧，煅烧温度为400~500 ℃，保温时间100~150 min，煅烧后的物质在炉内缓慢冷却至室温，煅烧后的物质即为纳米过滤薄膜。

6.根据权利要求2所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法，其特征在于，聚合物前驱体溶液为TiO₂纤维或者ZrO₂纤维，TiO₂纤维：将质量比为2：1的钛酸四丁酯[Ti(OBu)₄]和PVP复合物与质量比为3：1的乙醇和乙酸混合，然后在室温下将溶液在密封容器中磁力搅拌6小时；ZrO₂纤维：将质量比为2：1的三氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)和PVP与以质量比为1：1的乙醇和去离子水混合，然后在室温下将溶液在密封容器中磁力搅拌6小时。

7.一种根据权利要求2所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法的装置，其特征在于，包括压缩气泵、粉末送料器和微流注射泵；通过所述压缩气泵同时向超音速喷嘴与送末送料器输送压缩空气；其中，氮化硼纳米片（BNNSs）通过粉末进料器供给至超音速喷嘴出口处，聚合物前驱体溶液通过微流控注射泵供给至超音速喷嘴出口处，超音速喷嘴对压缩空气完成加速，并喷出至超音速喷嘴出口处。

8.根据权利要求7所述的纳米纤维过滤薄膜的制备方法的装置，其特征在于，超音速喷嘴的入口直径与出口直径分别为2~4 mm与4~6 mm，超音速喷嘴出口处的速度为550~600 m/s。