[发明专利]具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：包括具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜以及负载于所述纳米纤维涂层膜表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层；所述纳米纤维涂层膜包括织物基材以及负载于所述织物基材表面的聚合物纳米纤维涂层，所述聚合物纳米纤维涂层被所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖；所述织物基材为具有表面周期纹理结构的机织织物，所述聚合物纳米纤维涂层由湿法非织造工艺制备而成，具有与所述机织织物相同的表面周期纹理结构；所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层由水相和油相通过界面聚合而成，具有多尺度表面结构，所述多尺度表面结构包括所述表面周期纹理结构以及在所述表面周期纹理结构上进一步形成的次生峰谷结构。

2.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层的厚度为5~50nm，表面粗糙度为1~200μm。

3.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚合物纳米纤维涂层由直径为50~500nm的聚合物纳米纤维组成；所述聚合物纳米纤维涂层的厚度为2~10μm，密度为5~10g/m²，平均孔径为50~500nm，孔隙率为50%~90%，表面粗糙度为5~200μm。

4.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述机织织物由聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线中的一种机织而成；所述聚合物单丝、聚合物复丝的材质为聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚芳酰胺中的一种，所述聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线的直径均为30~500μm；所述机织织物的表面粗糙度为10~200μm。

5.根据权利要求1~4中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述机织织物的表面周期纹理结构包括平纹纹理、斜纹纹理、缎纹纹理中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1~4中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚合物纳米纤维的材质为乙烯乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酯中的一种；所述聚合物纳米纤维由熔融共混相分离法或静电纺丝法制备而成。

7.一种权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将聚合物纳米纤维分散于有机溶剂与去离子水的混合溶剂中，得到纳米纤维悬浮液，密封保存备用；

S2、采用湿法非织造技术，将步骤S1得到的所述纳米纤维悬浮液涂覆于所述织物基材的表面，常温干燥后，得到具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜；

S3、将预定量的哌嗪与三乙胺溶于水中，配制水相溶液；并将均苯三甲酰氯溶于正己烷中，配制油相溶液；再将步骤S2得到的所述纳米纤维涂层膜先后浸渍于所述水相溶液和所述油相溶液中，进行界面聚合反应；待反应完全后，经洗涤、干燥，得到具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。

8.根据权利要求7所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述纳米纤维悬浮液的固含量为0.2~6.0wt%；在步骤S2中，所述纳米纤维悬浮液的涂覆厚度为2~10μm，涂覆密度为5~10g/cm²；在步骤S3中，所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.1~0.6w/v%，三乙胺的浓度为0~0.6 w/v%，所述油相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.15~2 w/v%，所述纳米纤维涂层膜在所述水相溶液和所述油相溶液中的浸渍时间分别为1~10min和10~90s。

9.根据权利要求7所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述混合溶剂中，所述有机溶剂与去离子水的质量比为1:1；所述有机溶剂为乙醇、乙酸、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺中的一种。

10.一种权利要求1~6中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料或根据权利要求7~9中任一权利要求所述的制备方法制得的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的应用，其特征在于：所述具有多尺度表面结构的纳滤膜材料应用于切向流液体的纳滤领域。