[发明专利]一种高效纳米纤维油水分离膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是高效纳米纤维油水分离膜的制备方法，特别是一种用于重力驱使油水分离的高效的超疏水和超亲油静电纺丝油水分离纤维膜的制备方法。

背景技术

通过静电纺丝，已经报道出了许多关于纳米纤维膜的文献例如聚苯乙烯，聚己内酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚氨酯以及无机二氧化硅纤维等。但这些纤维都存在分离速度慢、分离效率低、稳定性差、强度差、容易产生二次污染的缺点。而且分离速度慢、分离效率低，强度差这一最大的障碍，严重限制了它们在实际中的应用。

发明内容

本发明提出的是一种用于重力驱使油水分离的高效的超疏水和超亲油静电纺丝油水分离纤维膜的制备方法，其目的旨在克服现有技术所存有的上述缺陷，采用CA和PAA为原料，通过高压同轴静电纺丝技术以高分子量的PAA为芯，CA为壳，在经过程序升温对PAA进行亚胺化得到具有生物可降解性、成本低廉、显著的分离流量、分离效率和机械强度的CA-PI纳米纤维膜；通过对纤维膜表面修饰，得到功能性的纤维膜材料；而且，这种高效的超疏水超亲油膜材料在油水分离、污水处理以及深海石油泄漏中具有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案：高效的超疏水和超亲油油水分离纳米纤维膜的制备方法，包括如下工艺步骤：

(1)合成聚酰胺酸(PAA)

(2)电纺PAA纳米纤维膜以及亚胺化为聚酰亚胺(PI)膜；

(3)制备醋酸纤维素(CA)纳米纤维膜；

(4)同轴电纺CA-PAA并亚胺化为CA-PI膜；

(5)合成苯并噁嗪单体(BAF-btfa)；

(6)BAF-btfa以及BAF-btfa/二氧化硅纳米粒子(SiO₂NPs)原位固化CA、PI、CA-PI纳米纤维膜；

(7)接触角实验；

(8)油水分离实验。

本发明的积极效果

a.具有高的分离流量和分离效率，流量达到3106.2±100L.m^-2.h^-1，分离效率达到99％ 以上，相比市场上买的油水分离膜流量提高了5-6倍，也具有更高的分离效率。

b.具有高的力学强度和断裂伸长率，拉伸强度和断裂伸长率分别达到达到120MPa和50％以上，相比超高强度的CA(壳)-PI(芯，单体为3，3，4，4-联苯四甲酸二酐(BPDA)和对苯二胺(PDA))纳米纤维膜的拉伸应变不足20％，提高了超过3倍；而且拉伸应力仍旧能够达到120MPa，相比常用的CA纳米纤维膜的拉伸强度6.65MPa，提高了20多倍；

c.只经过BAF-btfa改性的CA-PI纳米纤维膜与水的最大接触角只能达到144°，并不具有超疏水和超亲油的性质；而经过BAF-btfa改性后CA-PI纳米纤维膜与水的最大接触角可达162°，油的接触角可达到0°，具有超疏水和超亲油的性质，可用于油水分离过程。

d.具有耐酸碱、耐高温的性质，在不同的pH和高温下仍旧能够保持超疏水的性质。

e.具有可持久使用性，存放300天后，接触角下降低于5％，经过十次循环使用，流量仍旧能够达到2700±100L m^-2h^-1左右，分离效率达到99％.

f.能够承受高的压强，所能承受的最大压强能够达到0.78kPa.

附图说明

图1是电纺PAA纳米纤维膜装置的结构示意图。

图2是同轴电纺CA-PI纳米纤维膜的过程示意图。

图3是在室温下放置300天F-PBZ-1/SNP-4/PI和F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI与水的接触角变化图。

图4是不同pH和温度下，F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI与水的接触角变化图.

图5是不同浓度的BAF-btfa，BAF-btfa/SiO₂NPs原位固化后CA、PI、CA-PI膜，循环使用10次F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI膜以及F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI膜分离不同种类的油水混合物的流量和分离效率图。

图6是不同厚度的F-PBZ-1/SNP-4/CA-PI膜分离二氯甲烷-水混合物的流量和分离效率图以及他们的孔隙率图。

具体实施方式

高效的超疏水和超亲油油水分离纳米纤维膜的制备方法的制备方法，包括如下工艺步骤：

(1)合成PAA；