[發明專利]一種具有自清潔功能的疏水膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410840241.7
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN105002656B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 胡云霞;周浩媛;劉中云;胡巧霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/42;D01D1/02;D01D5/00;D06M11/79;D06M11/46;D06M11/45;B01D69/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

本發明涉及一種疏水膜，具體說是一種具有自清潔功能的疏水膜及其制備方法和應用。疏水膜是通過靜電紡絲技術制備的一種高分子納米纖維膜，其表面進行納米化修飾提高表面疏水性；疏水膜與水的接觸角達到140°?180°。本發明將靜電紡絲技術與表面納米化技術相結合，制備工藝簡單，制備的疏水膜具有自清潔功能、孔隙率高，可應用于空氣凈化過濾器、膜蒸餾和油水分離等領域。

技術領域

本發明涉及疏水膜，具體的說是一種具有自清潔功能的疏水膜及其制備方法和應用。

背景技術

受自然界中荷葉效應啟發，人們研制出各種超疏水自清潔表面，廣泛應用于洗滌、印染、紡織、食品、包裝、建筑涂料、管道運輸、航空航天、傳感器以及防污防腐抗氧化，膜分離等領域。隨著人們對“荷葉效應”機理的深入研究，“荷葉效應”自清潔特征逐漸被人們所揭示為由粗糙表面上微米結構的乳突以及表面疏水的蠟狀物質的存在共同決定的。2002年，江雷研究小組報道了一個新的發現(Lin F,Shuhong L,Yingshun L,et al.Super-hydrophobic surfaces:From natural to artificial.Adv Mater,2002,14(24):1857-1860.)，認為荷葉效應產生的原因在于其獨特的納-微米二級結構。因為荷葉表面上的這些結構之間的凹陷部分充滿著空氣，使液滴與荷葉表面的接觸成為固-氣和液-氣的復合接觸，即Cassie接觸。這就使尺寸上遠大于這種結構的灰塵、雨水等落在荷葉上，形成了一層極薄的“氣墊”。液滴只能接觸到葉面上的幾個突起點，使得水滴不能滲透，而能夠自由地滾動。由于雨點在自身的表面張力作用下會形成球形，水滴形成的水球，在運動過程中就會吸附灰塵等雜物滾出葉面，這就解釋了荷葉表面具有的優良的自清潔性能。

依據具有自清潔特性的天然荷葉表面獨特的納-微米二級結構，每個微米級乳突同時又是由許多納米級小乳突構成，通過分子設計制備高分子表面微米一納米雙重結構(Micro—nano-binarystructure，NMBs)，構造自清潔疏水表面。常有的制備方法有刻蝕法，相分離法，噴涂法和旋涂法，電化學沉積法等來制備具有微納結構的表面。近年來，靜電紡絲技術和納米技術的發展為構造具有微納結構表面的新型疏水多孔膜提供了可能。通過靜電紡絲技術能夠構造具有微米結構的粗糙表面，制得的納米纖維膜具有高孔隙率、膜厚度、孔徑大小和分布可控等優點，而且更多的材料包括天然聚合物、合成聚合物以及它們的混合物都可以通過靜電紡絲制備納米纖維膜，而表面納米化技術在靜電紡納米纖維膜表面修飾納米溶膠和顆粒，進一步調控多孔膜表面性質，使其具有自清潔和疏水性。這種靜電紡絲和表面納米化技術相結合構造具有微納結構的自清潔疏水表面，其制備過程簡單，使用材料范圍寬，具有很高的應用價值。其具有自清潔功能的疏水多孔膜在空氣凈化過濾、膜蒸餾，膜吸收，膜萃取，膜脫氣和油水分離膜等領域有著廣泛應用。

尤其隨著中國經濟的高速發展，城市現代化的大步推進，空氣污染和水污染越來越嚴重。如何有效凈化室內空氣、有效治理工業、生活等廢水，對人類健康和社會經濟的發展具有廣泛的意義。分離膜因其高效、節能、環保等優點，在空氣凈化和污水處理等領域受到廣泛應用。然而，分離膜在使用過程中，膜表面的孔隙率低和膜污染問題成為影響膜性能的重要因素。分離膜的孔徑率低，孔徑過大，無法實現很好的分離效果；膜污染容易造成堵塞膜孔，降低膜通量和膜的使用壽命。如目前市場上空氣過濾膜多為非織造纖維布，其直徑較粗，通常是微米級，孔徑過大，截留率很低，無法過濾直徑小于或等于2.5μm的大氣氣溶膠粒子，且膜在使用過程中，隨著使用時間的延長，造成膜表面的污染，降低膜通量和使用壽命的下降；膜蒸餾用膜由于膜的孔隙率低，限制了膜通量，同時在使用過程中也面臨著嚴重的膜污染問題，造成膜通量的下降，對膜表面或膜孔的疏水性造成破壞，降低截鹽率。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種具有自清潔功能的疏水膜及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：