[发明专利]纳米纤维液体分离复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属高分子分离膜领域，特别是涉及以静电纺纳米纤维为原料获得液体分离膜 的制备方法。

背景技术

当今世界上水资源短缺和环境污染日益严重，据环境部门监测，全国城镇每天至少 有1亿吨污水未经处理直接排入水体。全国七大水系中一半以上河段水质受到污染， 全国1/3的水体不适于鱼类生存，1/4的水体不适于灌溉，90％的城市水域污染严重， 50％的城镇水源不符合饮用水标准，40％的水源已不能饮用。

膜法水处理技术由于具有效率高、能耗低、占地小，被净化的水和回收的有害物质 可以再利用，可以实现闭路循环，防止二次污染等优点，已在海水及苦咸水淡化、制取 饮用水、废水处理和回用等方面发挥着巨大的作用[徐又一，徐志康，高分子膜材料， 化学工业出版社，2005；S.Judd，B.Jefferson，膜技术与工业废水回用，化学工业出版 社2006]。目前我国膜产业和膜技术总体的研究和应用水平与国外先进的技术相比有较 大的差距，大力发展膜技术已成为社会经济可持续发展的必需[郭有智中国膜工业发展 现状.亚洲给水排水，2005，5，22-25]。

高分子材质的分离膜多采用溶液相转化法，然而由该方法所制备的分离膜一般厚度 较大，空隙率较小并且所形成的微孔多为闭孔结构。正是由于这种结构特点导致了由该 种方法制备的分离膜较低的过滤通量。

静电纺丝是当前制备纳米纤维等超细纤维材料的最主要的简单有效的技术。静电纺 纤维最主要的特点是纤维比传统的纺丝方法细的多，直径一般在数十纳米到上千纳米， 所形成的无纺布是一种有纳米微孔的并且孔隙互通的多孔材料。孔隙率可高达80％左 右，并且孔隙可通过调节电纺工艺参数而有效调控。因静电纺丝纳米纤维无纺布具有纤 维纤度细、表面积大、孔隙率高等的形态特点，并具有良好的机械强度和轻质轻量和吸 附性能，是非常好的过滤材质以及过滤支撑材质。因此静电纺纳米纤维在分离膜领域的 应用研究倍受各国研究者的关注。静电纺丝非织造布作为过滤材料最早是应用在开发高 效空气过滤材料方面，利用静电纺丝技术在空气过滤方面已经开发了一些高性能的空气 过滤器[Gopal R，Kaur S，Ma Z 2006 Journal of Membrane Science 281 581-58；]。静电纺丝 纤维直径和所堆积形成无纺布的孔径是影响过滤材料过滤精度和效率的主要因素。在过 滤材料中。较小的纤维直径往往具有较高的过滤精度和过滤效率，因此在压力损失(过 滤前后静压差值)等参数允许范围内，静电纺丝要选择形成较小的直径和孔径的参数， 以提高过滤精度。但是由于静电纺丝这一加工方法自身特点的限制，要获得平均直径小 于100纳米的纤维非常困难，必须通过选择特定的高分子材料才能达到100纳米以下，从 而也限制了静电纺无纺布孔径的进一步降低。一般来说，静电纺纳米纤维无纺布直接用 于过滤介质可以有效的滤除直径大于300nm以上颗粒[Barhate R S，Ramakrishna S 2007 Journal of Membrane Science 296 1-8]。如果要利用静电纺纳米纤维无纺布的高空隙率和 开孔结构获得高通量的同时对小于300nm的颗粒、可溶性有机分子甚至无机盐进行有效 地滤除，就必须在保证静电纺纳米纤维无纺布结构特点的前提下在其表面构筑超薄的致 密选择层。王雪芬等[Wang X，Fang Di，Yoon K，Hsiao B S and Chu Benjamin 2006 J. Membr.Sci 278 261-8；Wang X，Chen X，Yoon K.，Fang D，Hsiao B S and Chu B 2005 Environ.Sci.&Technol 39 7684-91]人利用静电纺纳米纤维无纺布膜首次制备了由静电 纺丝纳米纤维多孔膜和功能涂层组成的新型膜分离材料-纳米纤维复合膜，并成功用于 乳液废水过滤(Water filtration)体系。

但是这些降低孔径的方法多采用表面涂覆法，很难在控制选择层厚度的同时均匀高 效的对大面积的静电纺纳米纤维无纺布进行大规模涂覆。换言之，这种方法策略很难在 工业化生产中得到推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米纤维液体分离复合膜及其制备方法，以克服现有技术 存在的上述缺陷。

本发明的纳米纤维液体分离复合膜制备方法，包括下列步骤：