[發明專利]納米纖維液體分離復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200910050905.9
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101559327A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 王雪芬;朱美芳;張鍇;楊寅;魏潔林
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01D61/14
• 分類號: B01D61/14;B01D69/12
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司
• 代理人: 羅大忱

技術領域

本發明屬高分子分離膜領域，特別是涉及以靜電紡納米纖維為原料獲得液體分離膜 的制備方法。

背景技術

當今世界上水資源短缺和環境污染日益嚴重，據環境部門監測，全國城鎮每天至少 有1億噸污水未經處理直接排入水體。全國七大水系中一半以上河段水質受到污染， 全國1/3的水體不適于魚類生存，1/4的水體不適于灌溉，90％的城市水域污染嚴重， 50％的城鎮水源不符合飲用水標準，40％的水源已不能飲用。

膜法水處理技術由于具有效率高、能耗低、占地小，被凈化的水和回收的有害物質 可以再利用，可以實現閉路循環，防止二次污染等優點，已在海水及苦咸水淡化、制取 飲用水、廢水處理和回用等方面發揮著巨大的作用[徐又一，徐志康，高分子膜材料， 化學工業出版社，2005；S.Judd，B.Jefferson，膜技術與工業廢水回用，化學工業出版 社2006]。目前我國膜產業和膜技術總體的研究和應用水平與國外先進的技術相比有較 大的差距，大力發展膜技術已成為社會經濟可持續發展的必需[郭有智中國膜工業發展 現狀.亞洲給水排水，2005，5，22-25]。

高分子材質的分離膜多采用溶液相轉化法，然而由該方法所制備的分離膜一般厚度 較大，空隙率較小并且所形成的微孔多為閉孔結構。正是由于這種結構特點導致了由該 種方法制備的分離膜較低的過濾通量。

靜電紡絲是當前制備納米纖維等超細纖維材料的最主要的簡單有效的技術。靜電紡 纖維最主要的特點是纖維比傳統的紡絲方法細的多，直徑一般在數十納米到上千納米， 所形成的無紡布是一種有納米微孔的并且孔隙互通的多孔材料。孔隙率可高達80％左 右，并且孔隙可通過調節電紡工藝參數而有效調控。因靜電紡絲納米纖維無紡布具有纖 維纖度細、表面積大、孔隙率高等的形態特點，并具有良好的機械強度和輕質輕量和吸 附性能，是非常好的過濾材質以及過濾支撐材質。因此靜電紡納米纖維在分離膜領域的 應用研究倍受各國研究者的關注。靜電紡絲非織造布作為過濾材料最早是應用在開發高 效空氣過濾材料方面，利用靜電紡絲技術在空氣過濾方面已經開發了一些高性能的空氣 過濾器[Gopal?R，Kaur?S，Ma?Z?2006?Journal?of?Membrane?Science?281?581-58；]。靜電紡絲 纖維直徑和所堆積形成無紡布的孔徑是影響過濾材料過濾精度和效率的主要因素。在過 濾材料中。較小的纖維直徑往往具有較高的過濾精度和過濾效率，因此在壓力損失(過 濾前后靜壓差值)等參數允許范圍內，靜電紡絲要選擇形成較小的直徑和孔徑的參數， 以提高過濾精度。但是由于靜電紡絲這一加工方法自身特點的限制，要獲得平均直徑小 于100納米的纖維非常困難，必須通過選擇特定的高分子材料才能達到100納米以下，從 而也限制了靜電紡無紡布孔徑的進一步降低。一般來說，靜電紡納米纖維無紡布直接用 于過濾介質可以有效的濾除直徑大于300nm以上顆粒[Barhate?R?S，Ramakrishna?S?2007 Journal?of?Membrane?Science?296?1-8]。如果要利用靜電紡納米纖維無紡布的高空隙率和 開孔結構獲得高通量的同時對小于300nm的顆粒、可溶性有機分子甚至無機鹽進行有效 地濾除，就必須在保證靜電紡納米纖維無紡布結構特點的前提下在其表面構筑超薄的致 密選擇層。王雪芬等[Wang?X，Fang?Di，Yoon?K，Hsiao?B?S?and?Chu?Benjamin?2006?J. Membr.Sci?278?261-8；Wang?X，Chen?X，Yoon?K.，Fang?D，Hsiao?B?S?and?Chu?B?2005 Environ.Sci.&Technol?39?7684-91]人利用靜電紡納米纖維無紡布膜首次制備了由靜電 紡絲納米纖維多孔膜和功能涂層組成的新型膜分離材料-納米纖維復合膜，并成功用于 乳液廢水過濾(Water?filtration)體系。

但是這些降低孔徑的方法多采用表面涂覆法，很難在控制選擇層厚度的同時均勻高 效的對大面積的靜電紡納米纖維無紡布進行大規模涂覆。換言之，這種方法策略很難在 工業化生產中得到推廣和應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米纖維液體分離復合膜及其制備方法，以克服現有技術 存在的上述缺陷。

本發明的納米纖維液體分離復合膜制備方法，包括下列步驟：