[發明專利]一種高效油水分離復合纖維膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201410125768.1
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103866492A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 吳晶
• 申請（專利權）人: 北京服裝學院
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D01D1/02;D01D5/00;D01F1/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于功能性微納米復合纖維材料領域，具體涉及一種具有高效油水分離“吸油型”微納復合纖維膜及其制備方法。

背景技術

石油化工、礦物開采、交通運輸、食品和紡織等工業過程、日常生活及頻繁發生的海上原油泄漏事故都會產生大量的含油污水。這些污水以各種途徑流入海洋或滲入地下，對人類賴以生存的水資源造成嚴重破壞。因此無論從環境的可持續發展出發，還是從油類回收及水的凈化再利用出發，都要求對含油污水進行有效分離。隨著研究和應用的深入，人們發現很多傳統的油水分離材料不但可以吸收油，同時也會吸收水。這樣就不僅導致吸收選擇性和效率的降低，而且給回收被吸收的油和使用后材料帶來極大困難。同時，一些傳統的制備方法還存在著過程步驟復雜、成本高昂、一次制備出的油水分離材料量有限等不足，直接影響到材料在實際中的應用。因此，從材料的浸潤性角度出發，設計和制備在特殊浸潤性作用下具有高效油水分離性能的材料具有重要應用價值和意義。

靜電紡絲技術簡稱電紡，是利用高壓電場的作用來實現紡絲溶液的噴射，即將聚合物溶液或熔體置于高壓靜電場中，帶電的聚合物液滴在電場庫侖力作用下被拉伸。當電場力足夠大時，聚合物溶液或熔體克服表面張力的作用形成噴射狀細流。細流在噴射過程中隨著溶劑揮發而固化，落于負極收集板上，形成無紡布狀的微米、納米級纖維膜。由于靜電紡絲技術簡單、有效、實用，已被普遍利用于制備微米、納米纖維，材料涉及聚合物、無機氧化物、金屬以及有機/無機雜化材料等。通過電紡技術所制得的纖維膜具有較大的比表面積和孔隙率，且能實現大規模工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有超疏水超親油性質的微納復合結構的電紡纖維膜及其制備方法。

本發明所提供的高效油水分離復合纖維膜的制備采用靜電紡絲技術，具體包括以下幾個步驟：

(1)將分析純的聚合物A在20～25℃室溫環境中溶解于溶劑A中，充分攪拌至聚合物A完全溶解，得到聚合物溶液，所得聚合物溶液含聚合物A的質量百分含量為10～35%。

所述聚合物A為具有疏水性質的聚合物，如聚氨酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己內酯等中的任意一種。

所述溶解聚合物A的溶劑A為分析純的N,N-二甲基甲酰胺、分析純的四氫呋喃或分析純的三氯甲烷等，具體可選自其中的一種溶劑或兩種溶劑形成混合溶劑。

(2)將納米級尺度的疏水性無機納米粒子加入所述聚合物溶液中，充分攪拌混合均勻形成混合溶液，無機納米粒子的質量百分含量不超過混合溶液質量的50%，一般優選為10%～50%。其中，所述無機納米粒子包括直徑介于50nm～150nm的疏水性二氧化硅納米粒子。

(3)將上述混合溶液作為靜電紡絲前驅體，置于靜電紡絲設備的注射器中，在注射器的金屬噴絲頭與接收基底之間施加高壓靜電場，高壓靜電場電壓為10～35KV，金屬噴絲頭的直徑為0.4mm～1.6mm，接收基底為平面鋼絲網或鋁箔等。調整金屬噴絲頭與接收基底之間的距離為10～30cm，施加的高壓靜電場使靜電紡絲前驅體在靜電作用下產生射流，在接收基底上得到油水分離復合纖維膜。所述油水分離復合纖維膜中，無機納米粒子無規排列、均勻覆蓋在聚合物纖維表面，構成微納復合結構電紡纖維膜。

本發明所制備的油水分離復合纖維膜具有由微米尺度纖維及納米尺幅顆粒構成的微納米復合網狀多孔結構，相互交織的微米尺度纖維網孔和納米尺度的粒子凸起形成了粗糙的表面結構。油水分離復合纖維膜中纖維直徑為1.0μm～2.5μm，附著于其上的無機納米粒子的尺寸為55nm～152nm。該油水分離復合纖維膜在空氣中對水的接觸角大于150°，對油的接觸角接近0°，具有超疏水超親油的特殊浸潤性。所述油水分離復合纖維膜電紡后可與鋼絲網等接收基底剝離，能夠實現自支撐。

該油水分離復合纖維膜可用于含油污水中油的高效快速吸收去除以及水體凈化等方面。

本發明提供的油水分離復合纖維膜以強度較高的多種聚合物作為主要原料，使用后可以通過離心、擠壓等等物理或化學方法將吸附的油析出，材料可實現多次重復利用。該制備方法簡單，實驗操作簡便。

本發明的具有超疏水超親油性質的微納復合油水分離復合纖維膜具有油水體系中選擇性高、分離效率高、速度快等特點，適用于含油污水處理，水體凈化等方面，對柴油、汽油、硅油、機油等油水混合物均有很好的分離去除效果。

附圖說明

圖1為本發明所采用的靜電紡絲裝置示意圖；

圖中：1.注射器；2.噴絲頭；3.電紡纖維；4.接收基底；5.高壓電源；