[發(fā)明專利]導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜、制備方法及其在油水分離中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010165703.5
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111375320B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高杰峰;張曙;黃學(xué)武;汪玲;薛懷國
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/38;B01D17/022
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;劉海霞

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜、制備方法及其在油水分離中的應(yīng)用。所述方法先通過超聲驅(qū)動(dòng)將具有中空結(jié)構(gòu)的碳納米纖維吸附在熱塑性聚氨酯纖維膜表面，隨后浸泡在PDMS溶液中，制得具有雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜。本發(fā)明的復(fù)合纖維膜具有優(yōu)異的疏水性能，接觸角可達(dá)157°，并且具有良好的光熱效應(yīng)。本發(fā)明的導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜適用于凈化不同種油污污染過的水體，達(dá)到油水分離的效果。在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的復(fù)雜環(huán)境中，接觸角依然保持150°以上，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，且油水分離效果優(yōu)異，分離效率達(dá)到95.6％，流速最高可達(dá)到6577.3L m^?2h^?1，同時(shí)能夠循環(huán)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜、制備方法及其在油水分離中的應(yīng)用，屬于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，石油泄漏和工業(yè)含油廢水排放造成的環(huán)境問題日益嚴(yán)重。高分子纖維膜因其質(zhì)輕、比表面積大及獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于油水分離。通常油水分離膜具有超浸潤性，即超疏水/超親油或者超親水/水下超疏油。材料表面的粗糙結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)超浸潤性的必要條件。如果將納米顆粒直接溶于高分子溶液中進(jìn)行紡絲，填料濃度需要超過最大堆積密度后才能在纖維表面分布。然而高濃度填料不僅會(huì)增加成本，還會(huì)提高溶液粘度，降低溶液的可紡性。此外，高濃度剛性粒子的加入會(huì)大幅降低高分子纖維膜的柔性。

納米填料選擇性地分布于纖維表面能夠有效解決這一問題。通過層層自組裝或者靜電作用在纖維表面引入納米顆粒是構(gòu)建表面粗糙度的有效方法。ZHOU等人將聚苯胺和含氟烷基硅烷涂層到棉織物上，得到油水分離材料，該油水分離材料的水接觸角高達(dá)156°，且分離效率高達(dá)97.8%。但是由于使用了有毒的含氟試劑，對環(huán)境有一定影響（Xiaoyan Zhou,Zhaozhu Zhang, Xianghui Xu, et al..Robust and durable superhydrophobic cottonfabrics for oil/water separation[J].ACS Applied Materials Interfaces,2013,(5):7208-7214.）Huang等人通過超聲及浸泡兩步簡單作用將碳納米管（CNT）與聚硅氧烷涂層復(fù)合到聚氨酯纖維膜上構(gòu)造出微納米粗糙結(jié)構(gòu)，使膜具有油水分離作用，但是油水分離時(shí)通量較低，只有1365L m^-2 h^-1（Xuewu Huang, Bei Li, Xin Song, et al.Stretchable, electrically conductive and superhydrophobic/superoleophilicnanofibrous membrane with a hierarchical structure for efficient oil/waterseparation[J]. Journal of Industrial and Engineering, 2019,(70):243-252）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有耐腐蝕性、表面穩(wěn)定性和耐用性以及具有高油水分離效率和通量的導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜及其制備方法。該方法通過超聲驅(qū)動(dòng)在熱塑性聚氨酯纖維膜中引入具有中空管狀結(jié)構(gòu)的碳納米纖維，中空管狀結(jié)構(gòu)的碳納米纖維具有完善的石墨化結(jié)構(gòu)，具有疏水吸油特性，隨后經(jīng)過PDMS的表面改性，使碳納米纖維與高分子纖維具有良好的界面粘合力，進(jìn)而獲得超疏水的表面，最終獲得具有油水分離功能的導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下：

導(dǎo)電超疏水復(fù)合纖維膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將中空碳納米纖維（CNF）超聲分散在水與乙醇的混合液中，得到均勻的中空碳納米纖維分散液；

步驟2，將熱塑性聚氨酯（PU）纖維膜置于中空碳納米纖維分散液中，超聲分散5min~15min，得到初步的導(dǎo)電纖維膜；

步驟3，將聚二甲基硅氧烷（PDMS）、固化劑溶解于正庚烷溶液中；