[发明专利]一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜材料，它包括聚丙烯腈纳米纤维膜和聚乙烯醇‑壳聚糖纳米纤维膜，其中聚乙烯醇‑壳聚糖纳米纤维膜由聚乙烯醇纳米纤维丝和壳聚糖球形结节结构所构成。本发明采用静电纺丝技术首先制备聚丙烯腈纤维膜，然后在该膜上继续纺丝得PAN/PVA‑CS复合纳米纤维膜，最后用戊二醛交联固化得最终产品；涉及的制备方法简单、成本低廉、能耗低，有利于工业大规模生产；所得复合纳米纤维膜同时具有水下超疏油和油中超疏水性能，可选择性地处理水包油型乳液和油包水型乳液，并且在乳液分离的过程中能同时吸附去除有机染料，可用于复杂体系的废水处理，适用性广。

技术领域

本发明属于功能膜材料技术领域，具体涉及一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

随着我国生态环境部的成立，国家对水污染的监测和治理力度越来越大，而废水中的油污和水溶性有机污染物(例如染料)是污水治理的一大难题。针对含油污水的处理，目前主要包括化学法(包括燃烧法、乳化剂法、凝油剂法)、生物法(活性污泥法、生物膜法、固定化细胞法)和物理法(围栏法、吸附法、膜过滤法)，其中物理方法中的膜分离技术由于具有方法简单、分离效率高、无二次污染、能耗低等优点而被广泛应用于各种污水的处理中。

最近，有研究发现具有水下超疏油性质的膜材料能在重力作用下分离油水混合物，这种材料不仅分离效率高、通量大，而且不需要外力作用，可显著降低能耗，具有重要的应用潜力。特别是一些具有纤维网状结构的水下超疏油膜材料，对难分离的油水乳液具有良好的分离作用。例如Ge等人[ACS Applied MaterialsInterfaces 2018,10,16183-16192]报道了一种水下超疏油的多层纤维膜，通过静电纺丝得到两层纤维膜，然后添加有机低聚体和二氧化硅纳米纤维进行聚合反应，从而构建了多级结构的仿生纤维膜，该膜对乳化的含油废水具有高效的分离纯化作用；Zang等人[Journal of Materials ChemistryA2017,5,19398-19405]利用静电纺丝方法制备的具有核壳结构的水凝胶纳米纤维膜同样具有乳液分离能力。专利CN108889140A报道一种不对称润湿性的静电纺丝纤维膜，其中一面为空气中超疏水，一面为空气中超亲水，可选择性地用于油包水或水包油型乳液的分离。上述两个报道都只针对废水中不溶性的油污进行了分离，而对于水溶性的有机污染物没有明显的去除效果。相比之下，Cao等人[ACS Applied MaterialsInterfaces 2016,8,3333-3339]制备了可负载于不同底材上的聚多巴胺与聚乙烯多胺共沉积薄膜(PDA/PEPA)，该薄膜表现出水下超疏油的性能，当该薄膜沉积在微滤膜表面上时，既能分离水包油型乳液，也可以吸附水中的有机染料；但是其技术的实现与底材的选择密不可分，当底材换成不锈钢网或海绵时，则丧失了乳液分离和染料吸附的性能。Xiao等人[Chemical EngineeringJournal 2018,338,202-210.]制备的石墨烯/纳米纤维气凝胶同样能用于油水分离和染料吸附。首先用静电纺丝方法得到醋酸纤维素纳米纤维，将其与氧化石墨烯溶液高速搅拌得到混悬液，然后在-50℃下冷冻干燥48h，即得到石墨烯/纳米纤维气凝胶(GNA)。若使GNA能用于乳液分离则还需采用多巴胺(PDA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉淀来对GNA进行改性，从而得到水下超疏油的性能。该材料是以气凝胶的形式存在，不属于膜材料制备领域，且该材料制备过程较为复杂，能耗较高。

综上，目前在复杂体系的废水处理中，特别是同时处理乳液分离和染料吸附的膜材料领域中，存在以下技术难题：如有些膜材料只能用于乳液分离，而不能实现染料吸附；有些膜材料虽可以用于乳液分离和染料吸附，但仅能处理水包油型乳液，而不能处理油包水型乳液。因此，设计一种能分离油包水和水包油型乳液，同时又能吸附水中的有机染料的功能膜材料，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

发明内容