[發明專利]一種超親水且水下超疏油的碳納米纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210604756.1
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114749039B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 葛建龍;陳鴻;孫英英;朱昭宇;周安琪;季濤;劉其霞;單浩如
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

本申請公開了一種超親水且水下超疏油的碳納米纖維膜及其制備方法，包括以下步驟：首先將硅源和紡絲聚合物依次加入含有催化物的溶劑中，經充分攪拌，待聚合物完全溶解后得到穩定的紡絲液；隨后通過靜電紡絲方法制備復合前驅體納米纖維膜；對復合前驅體納米纖維膜進行熱處理；再在高純氮氣保護下進行碳化處理，制備得到初生碳納米纖維膜；最后在空氣氛圍中對初生碳納米纖維膜進行快速煅燒處理，即得到一種超親水且水下超疏油的碳納米纖維膜。本申請所述的制備方法簡單易行、高效無污染，易于規模化，所得碳納米纖維膜具有超親水性且在水中表現為超疏油性，可用于水包油型油水混合物的快速凈化處理。

技術領域

本申請屬于碳納米纖維膜制備技術領域，尤其涉及一種超親水且水下超疏油的碳納米纖維膜及其制備方法。

背景技術

水體油污染危害嚴重且頻發，然而由于水體中油類污染物的存在狀態復雜且含油污水的性質多樣，常規的含油污水處理技術難以高效清除水體中的微小油滴。活性炭材料因具有比表面積大、化學/熱穩定性好等特點常被用于吸附分離水中有機污染物，但活性炭存在不易回收，處理效率偏低的問題。膜分離法水處理技術，具有效率高、無二次污染等優勢，成為含油污水處理技術的重要發展方向，但常規的聚合物分離膜材料仍存在化學穩定性不足、易被油污染等問題。碳納米纖維是一種具有高長徑比，且直徑介于碳納米管和普通碳纖維之間的新型一維碳材料，其不僅具有常規碳材料所有的性質還具有纖維直徑小、膜孔徑小且孔隙率大的特點，在膜分離法水處理技術領域有廣闊的應用前景。

近年來，科研人員在油水分離用碳納米纖維膜的研究方面做了一定的研究工作，文獻“Highly efficient and flexible electrospun carbon-silica nanofibrousmembranes for ultrafast gravity-driven oil-water separation, ACS AppliedMaterials Interfaces，2014，6，9393-9401.”和文獻“Robust preparation offlexibly super-hydrophobic cabron fiber membrane by electrospinning forefficient oil-water separation in harsh environments, Carbon, 2021,182,11-22.”分別報道了碳納米纖維膜在油水分離領域的應用研究。然而，由于常規碳材料多呈疏水親油特性，上述論文所報道的碳納米纖維膜均為疏水親油型的膜材料，導致水難以透過膜材料并且膜表面極易被油污染，無法有效處理含油污水，尤其是水包油型的乳化油水混合物，這在一定程度上限制了碳納米纖維膜材料在含油污水凈化領域的應用。因此，提高碳納米纖維膜的親水且疏油性對于實現碳納米纖維膜的含油污水處理應用具有重要意義。

文獻 “Hierarchical TiO₂ nanorod arrays/carbon nanofiber membranes foroil-in-water emulsion separation, Industrial Engineering ChemistryResearch, 2020, 59, 21097-21105”報道了通過高溫碳化及表面功能化改性制備親水碳納米纖維膜的方法。然而，上述文獻所報道的碳納米纖維膜的親水性需要依靠外界條件（如電刺激或光照）引發來實現親水，且膜表面負載的親水性材料在長期使用中易脫落從而對環境造成二次污染。

國內專利CN111715081A公開了一種親水性氮摻雜碳納米纖維致密網絡的制備方法。該方法通過氣相生長法制備初生碳納米纖維，隨后通入氮氣進行氮摻雜處理以提高碳納米纖維的親水性，最后采用真空抽濾沉積法制得碳納米纖維膜。但該方法的工藝流程復雜不易操作，且氣相生長法所得碳納米纖維長度較短，雖然經過抽濾沉積后能得到膜狀材料，但膜中纖維間纏結程度較低，難以保證材料在復雜環境下長期使用過程中的結構穩定性。