[发明专利]多层复合结构的滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用等离子体预处理方法制备多层复合结构的超滤膜或纳滤膜，特别涉及利用等离子体预处理方法的包括由无纺布支撑层基底、静电纺丝纳米纤维膜层及界面聚合超薄分离层所组成的多层复合结构的滤膜的制备方法。

背景技术

随着工业快速发展，水资源受污染严重，全球淡水资源日益紧缺，人们的生活用水日益减少，对于水的净化和重复利用变得越来越重要。在国内七大水系中，63.1％的河段水质为IV类、V类或劣V类，失去作为饮用水水源的功能。而现在我们国家的城市废水处理率为25％，大量的废水无法回收利用，决定了水处理薄膜有着极大的市场前景。

现今人们普遍使用的复合滤膜主要是通过溶液涂覆或者界面聚合的方法，在聚砜、聚醚砜等不对称相分离多孔支撑层的表面制备超薄分离层，得到超滤膜或纳滤膜，如美国DOW公司下属的FLIMTEC公司的部分膜产品。这种复合滤膜的不足之处是由于超薄分离层下面的支撑层比较致密，孔隙率较低，会对膜的水通量产生一定影响，使其最大水通量受到限制。

静电纺丝法是一种制备聚合物超细纤维的简单而有效的加工工艺。该方法的原理是首先将聚合物流体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下形成Taylor锥，并在锥顶点被加速，当电场场强足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流，喷射细流在空中形成多种形式的不稳定流动并最终落在接地的接收装置上，可根据接受装置的不同，形成类似非织造布状或有序排列的超细纤维组成的聚合物纤维膜。由于静电纺丝方法制备的纤维比传统的由纺丝方法制备的纤维细的多，直径一般在数十到上千纳米，并且静电纺丝方法制备的互联孔纳米纤维材料具有极大的比表面积，同时纤维表面还会形成很多微小的小孔或凸起等二次结构，因此有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性等。用静电纺丝技术得到的纳米纤维膜作为水处理薄膜的支撑层，由直径在100～800nm左右的纳米纤维构成的纤维膜会提供极大的孔隙率和完全通透的孔结构，使水处理薄膜的水通量有可能比现有的产品大出几倍甚至几十倍，可以极大的提高水处理的效率。而且凭借纤维的特性，支撑层虽然孔隙率增大许多，但其支撑作用和机械性能却不会有很大的改变。所以说，把纳米纤维膜复合在水处理膜之中，将会拥有很大的应用潜力和良好的市场前景。

等离子体技术由于其快速、高效、无污染，不受材料限制的特性，在膜表面改性方面得到了广泛的应用。等离子体是由电子、离子和中性粒子组成的部分电离气体，可以通过低压辉光放电产生。用等离子体处理疏水性较强的膜材料可以方便地使膜表面带有羰基、羟基等极性基团，以增强膜表面亲水性而对材料本身损伤较小。使用等离子体技术处理纳米纤维，充分应用了等离子体气体的优势，可以完整且均匀的改善纳米纤维全部表面的性质，并且接枝相应官能团，达到进一步应用的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服目前水处理薄膜存在的缺陷，提供一种利用静电纺丝方法制备多层复合结构的滤膜。

本发明方法制备得到的多层复合结构的滤膜对胶体、蛋白质、微生物、大分子有机物以及高价离子有较高截留率，可用于超滤或纳滤领域。该滤膜是包含三层结构的复合型水处理过滤膜，结构如图1所示，在无纺布支撑层的基底上依次为通过静电纺丝方法制备得到的聚合物纳米纤维膜层、通过界面聚合得到的亲水性聚合物超薄分离层。在进行界面聚合反应制备亲水性聚合物超薄分离层之前，在聚合物纳米纤维膜层的表面进行等离子体预处理，使聚合物纳米纤维表面接枝官能团，改善其表面性质，从而更好地复合聚合物超薄分离层，以从整体上提高多层复合结构的滤膜的过滤性能。

所述的无纺布支撑层基底为聚酯商业无纺布。

所述的聚合物纳米纤维膜层的厚度优选为10～50μm；所述的聚合物纳米纤维膜层中的纤维直径优选为200～800nm。

所述的等离子体预处理是向聚合物纳米纤维膜层的表面通入反应气体，进行等离子体放电，使聚合物纳米纤维的表面接枝官能团，从而改善其表面性质。

所述的亲水性聚合物超薄分离层是由水溶性多官能胺单体和油溶性多官能酰氯单体在油水两相界面进行聚合反应形成的厚度优选为200nm～2μm之间的膜，且该膜平整均匀并有一定的机械强度。