[发明专利]一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜，包括基底和表层，表层为带有波纹状的PDMS膜，基底是具有多条随机分布的条状凸起结构的多孔纳米纤维材料，多条凸起结构相互交叉形成多个凹陷区域。本发明通过在电纺纳米纤维基底上涂覆PDMS铸膜液可以很容易地制造出无缺陷和亚微米薄的PDMS膜，其中基底表面的凸起结构和凹陷区域可将底层的结构形状传导至PDMS膜，使得PDMS膜呈波纹状，制得的波纹状PDMS复合膜具有高通量、不需要特定的基板模具和传输阻力低的优点，且制备工艺简单。

技术领域

本发明属于纤维复合膜技术领域，具体涉及一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜及其制备方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种用于渗透、气体分离和纳滤的标准膜材料，在渗透汽化、气体分离和纳滤过程中有广泛的应用。对于实际应用，始终需要高通量PDMS膜来提高分离过程的效率。目前，人们致力于改变膜的几何结构以提高通量，目前有两种方法可以控制膜的几何外观。

第一种方法是使膜尽可能薄，可以制造厚度约为 100 nm的超薄膜，但它往往会产生降低选择性，使得膜出现缺陷。第二种方法是对复合膜表面进行图案化，通过增加膜表面粗糙度或膜有效面积可以增加渗透通量。参考期刊《Journal of Membrane Science》中的“Mass transfer in corrugated membranes”，Cussler等人制造了用于渗透汽化实验的高波纹PDMS膜，并验证了改进的Thiele模型用于膜传质，据发现，与平板膜相比，波纹膜结构导致通量增加一倍，然而，在这种PDMS膜中没有报道选择性渗透，这不能排除缺陷对膜通量增加的影响。此外，这种高通量PDMS膜不能有效分离分子混合物。参考期刊《Journal ofMembrane Science》中的“Fabrication and characterization of micro-patternedPDMS composite membranes for enhanced ethanol recovery”，李继定等人通过使用不同的交联剂（对甲苯基三乙氧基硅烷，p-TTES；三乙氧基乙烯基硅烷，VTES；正硅酸四乙酯，TEOS）制备PDMS选择性层，发现TEOS交联的膜具有最大的图案尺寸（3.78 µm），与非图案化膜相比，图案化膜的高通量归因于有效膜面积的增加。

由此可知，高通量PDMS膜的制造在于沉积较薄的膜层，并在可能的情况下创建图案化的膜表面，然而，使用传统的大孔基板（例如，平均孔径100 nm）实现亚微米薄的PDMS膜仍然是一个巨大的挑战，因为PDMS涂层渗入基材大孔中经常导致过渡层过厚或膜层缺陷，从而降低膜分离性能，此外，目前制造图案化PDMS膜的方法很复杂或未能显示出对分子混合物的良好分离性能。鉴于此，有必要研究一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜及其制备方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜及其制备方法，制得的波纹状PDMS复合膜具有高通量、不需要特定的基板模具和传输阻力低的优点。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜，包括基底和表层，表层为带有波纹状的PDMS膜，基底是具有多条随机分布的条状凸起结构的多孔纳米纤维材料，多条凸起结构相互交叉形成多个凹陷区域。

优选地，前述凸起结构的高度为230~260nm，凹陷区域的平均直径为160~280nm。

再优选地，前述表层的厚度为0.5~2.5μm。

一种高通量波纹状PDMS纳米纤维复合膜的制备方法，包括如下具体步骤：

S1、获得基底；

S2、将PDMS、催化剂和交联剂溶解在溶剂中，施加于基底表面，成膜处理后，得到复合膜。