[发明专利]一种单面超疏水聚合物纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单面超疏水聚合物纤维膜及其制备方法和应用，属于膜法烟气脱硫技术领域。本发明在纺丝液中引入疏水纳米粒子，同时利用双溶剂沸点不同而具有不同挥发速率在纤维表面构筑亚微米级凸起，亚微米级凸起与纳米疏水粒子间发挥协同作用，构建出类荷叶的微纳双重粗糙结构的疏水纤维层，制得的单面超疏水聚合物纤维膜中具有超疏水纤维层一侧具备优异的疏水性。在长期脱硫过程中，本发明提供的单面超疏水聚合物纤维膜具有较高的脱硫性能，特别是和原膜相比，不仅脱硫性能较好，还具有较好的稳定性。

技术领域

本发明涉及膜法烟气脱硫技术领域，尤其涉及一种单面超疏水聚合物纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

煤炭燃烧在产生二氧化硫的同时，还会附带产生二次污染物，包括硫酸盐、有机硫酸盐气溶胶和酸雨。因此，脱硫成为人们广泛关注的问题。

现阶段较为主流的脱硫方法包括湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫。其中应用最为广泛、脱硫率最高的是湿法脱硫。但其存在诸如成本较高，占地面积大以及脱硫过程中易发生雾化、液泛等问题。膜法脱硫作为一种新型脱硫技术受到人们的广泛关注，其模块化操作、尺寸小、成本低等优点有效地避免了上述问题。膜接触器是膜法脱硫的主要组件之一，膜接触器主要用膜材料以聚合物膜为主，聚合物膜在膜接触器中起屏障作用，使气液两相独立地在膜两边对向流动，以浓度差为推动力，SO₂从气相进入液相吸收液而被吸收。

在实际操作过程中，膜接触器的连续运行会导致膜接触器发生膜润湿现象。由于气体在液体中的传质速率小于在气体中的传质速率，当膜润湿后，传质阻力增加，传质系数下降，进而影响膜的吸收通量。因此，膜润湿现象导致膜接触器不能长期稳定运行。所以，聚合物膜的疏水性在膜接触器长期运行过程中尤为关键。因此，提升聚合物膜疏水性，增强膜的耐润湿性是膜长期运行的基本条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单面超疏水聚合物纤维膜及其制备方法和应用，所述单面超疏水聚合物纤维膜中纤维层的一侧疏水性优异，将其应用于膜法脱硫中能够长期稳定运行，且SO₂吸收通量和脱硫率较高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种单面超疏水聚合物纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

将疏水聚合物、疏水纳米粒子、第一溶剂和第二溶剂混合，得到纺丝液；

将所述纺丝液在聚合物基膜的单面进行静电纺丝，在所述聚合物基膜的单面形成超疏水纤维层，得到单面超疏水聚合物纤维膜；

所述第一溶剂和第二溶剂的沸点差≥50℃，所述第一溶剂的沸点低于第二溶剂的沸点。

优选的，所述疏水聚合物包括聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯和聚苯乙烯中的一种或几种。

优选的，所述疏水纳米粒子包括疏水二氧化硅、疏水二氧化钛、疏水碳纳米管、疏水氧化锌和疏水金属有机骨架中的一种或几种；所述疏水纳米粒子的粒径为10～100nm。

优选的，所述第一溶剂和第二溶剂独立地包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、磷酸三乙酯、四氢呋喃或环丙酮。

优选的，所述疏水纳米粒子占疏水聚合物质量的5～100％；所述第一溶剂、第二溶剂和疏水聚合物的质量比为(49.4～51.4)：(32.6～34.6)：(15～17)。

优选的，所述聚合物基膜的材料包括聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和聚苯乙烯中的一种或几种。

优选的，所述静电纺丝的电压为8～16kV，纺丝液流量为0.3～1mL/h，湿度为40～55％，接收距离为12～18cm，接收时间为40～120min。