[發明專利]一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210098880.5
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114515516B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 劉公平;李家輝;朱海鵬;金萬勤
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D71/70;B01D67/00;B01D61/36
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯;胡玲玲

本發明公開了一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜，包括基底和表層，表層為帶有波紋狀的PDMS膜，基底是具有多條隨機分布的條狀凸起結構的多孔納米纖維材料，多條凸起結構相互交叉形成多個凹陷區域。本發明通過在電紡納米纖維基底上涂覆PDMS鑄膜液可以很容易地制造出無缺陷和亞微米薄的PDMS膜，其中基底表面的凸起結構和凹陷區域可將底層的結構形狀傳導至PDMS膜，使得PDMS膜呈波紋狀，制得的波紋狀PDMS復合膜具有高通量、不需要特定的基板模具和傳輸阻力低的優點，且制備工藝簡單。

技術領域

本發明屬于纖維復合膜技術領域，具體涉及一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜及其制備方法。

背景技術

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種用于滲透、氣體分離和納濾的標準膜材料，在滲透汽化、氣體分離和納濾過程中有廣泛的應用。對于實際應用，始終需要高通量PDMS膜來提高分離過程的效率。目前，人們致力于改變膜的幾何結構以提高通量，目前有兩種方法可以控制膜的幾何外觀。

第一種方法是使膜盡可能薄，可以制造厚度約為?100?nm的超薄膜，但它往往會產生降低選擇性，使得膜出現缺陷。第二種方法是對復合膜表面進行圖案化，通過增加膜表面粗糙度或膜有效面積可以增加滲透通量。參考期刊《Journal?of?Membrane?Science》中的“Mass?transfer?in?corrugated?membranes”，Cussler等人制造了用于滲透汽化實驗的高波紋PDMS膜，并驗證了改進的Thiele模型用于膜傳質，據發現，與平板膜相比，波紋膜結構導致通量增加一倍，然而，在這種PDMS膜中沒有報道選擇性滲透，這不能排除缺陷對膜通量增加的影響。此外，這種高通量PDMS膜不能有效分離分子混合物。參考期刊《Journal?ofMembrane?Science》中的“Fabrication?and?characterization?of?micro-patternedPDMS?composite?membranes?for?enhanced?ethanol?recovery”，李繼定等人通過使用不同的交聯劑（對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）制備PDMS選擇性層，發現TEOS交聯的膜具有最大的圖案尺寸（3.78?μm），與非圖案化膜相比，圖案化膜的高通量歸因于有效膜面積的增加。

由此可知，高通量PDMS膜的制造在于沉積較薄的膜層，并在可能的情況下創建圖案化的膜表面，然而，使用傳統的大孔基板（例如，平均孔徑100?nm）實現亞微米薄的PDMS膜仍然是一個巨大的挑戰，因為PDMS涂層滲入基材大孔中經常導致過渡層過厚或膜層缺陷，從而降低膜分離性能，此外，目前制造圖案化PDMS膜的方法很復雜或未能顯示出對分子混合物的良好分離性能。鑒于此，有必要研究一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜及其制備方法。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜及其制備方法，制得的波紋狀PDMS復合膜具有高通量、不需要特定的基板模具和傳輸阻力低的優點。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜，包括基底和表層，表層為帶有波紋狀的PDMS膜，基底是具有多條隨機分布的條狀凸起結構的多孔納米纖維材料，多條凸起結構相互交叉形成多個凹陷區域。

優選地，前述凸起結構的高度為230~260nm，凹陷區域的平均直徑為160~280nm。

再優選地，前述表層的厚度為0.5~2.5μm。

一種高通量波紋狀PDMS納米纖維復合膜的制備方法，包括如下具體步驟：

S1、獲得基底；

S2、將PDMS、催化劑和交聯劑溶解在溶劑中，施加于基底表面，成膜處理后，得到復合膜。