[发明专利]高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料及其制备方法与应用。该制备方法是以表面具有周期纹理的机织织物作为基材，采用湿法非织造技术在机织织物表面负载具有亲水性的聚合物纳米纤维涂层，同时利用化学交联剂使机织织物与聚合物纳米纤维涂层紧密贴合，得到高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料。通过上述方式，本发明能够使制备的分离膜材料同时具有小孔径致密结构和表面纹理结构，实现对膜材料渗透性及抗污性的协同提升。且该分离膜材料的制备方法简便易行、可控性强、能够提高制备效率，易于规模化制备，制得的分离膜材料能够应用于切向流液体的超滤及微滤领域，具有较高的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

与蒸馏、吸收、萃取、深冷分离等传统分离技术相比，膜分离具有操作简单、稳定性好、高效、低能耗的特点，在生物医药、石油化工、能源环境及电子制造等领域发挥着重要作用。超滤及高精度微滤膜分离能够实现对亚微米颗粒、微生物菌体，胶体及蛋白质等物质的高效分离。然而，由于膜材料表面物理化学结构的局限，在实现高效分离的同时，液体渗透率通常不够高，而且存在膜污染问题，导致渗透率快速降低，这已成为长期困扰超微滤膜材料长高效应用的技术难题，针对以上问题开展新型膜材料的研究已成为该领域的热点和重点。

通过亲水改性以提高膜的抗污染性能是有效提高渗透率、解决膜污染的办法之一，常用的改性方法有表面化学改性法、表面涂覆法等。其中，表面化学接枝改性步骤繁琐工艺复杂，使用成本高，难以大规模生产。涂覆法虽然操作简单，但其原理是通过物理方法将亲水聚合物粘附在基材表面，难免存在涂覆层长期稳定性差的问题。例如，公开号为CN11082633A的专利公开了一种二氧化钛纳米线无机超滤膜的制备方法，通过把钛酸纳米线分散液倾倒至多孔钛片上抽滤，将干燥好的多孔钛片在300℃～1000℃下烧结2～24小时，得到二氧化钛纳米线无机超滤膜。虽然制备得到的二氧化钛纳米线无机超滤膜通量大，截留率高，但是膜制备成本高，基材粗糙度低，在多次过滤之后涂覆层易脱落，导致膜寿命大大降低，且对水体环境会造成损害，难以产业化生产。

另外，对膜进行模板化处理也可以提高液体渗透性，而且能够有效改善膜表面的抗污性能，其原理在于通过在表面构筑模板图案，可显著提升表面的渗透面积，进而提高液体渗透率。另一方面，表面图案化结构能够优化流体行为，增强局部流体剪切应力，使图案化结构附近产生局部湍流，使表面沉积的污染物受到冲刷、分散并回流于切向流，进而降低了表面污垢积聚现象，提高抗污性。例如，Y.M.John Chew团队(ACSAppl.Mater.Interfaces 2019,11,26373-26383)将一层薄薄的聚醚砜选择性层沉积在3D打印的波状平面上，制备出了一种3D打印复合膜。试验表明，波状三维复合膜经过10个完整的过滤周期后，比平板膜具有对牛血清白蛋白溶液有更好的抗污性能，使得膜寿命大大增加，而且膜制备成本和环境损害也可以显著降低。然而其不足之处在于模板化处理会改变膜表面的孔隙结构，导致膜孔均匀度不高，造成过滤效率降低、通量降低、膜孔堵塞等一系列问题，且聚醚砜选择性层易脱落，易造成二次污染。

有鉴于此，有必要设计一种改进的分离膜材料，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料及其制备方法与应用。通过构筑具有表面周期纹理结构的机织织物，再采用湿法非织造技术将聚合物纳米纤维涂层负载于机织织物表面，并利用化学交联剂使机织织物与聚合物纳米纤维涂层紧密贴合，从而形成具有表面周期纹理结构和小孔径致密结构的亲水性纳米纤维分离膜材料，实现对膜材料渗透性及抗污性的协同提升。

为实现上述目的，本发明提供了一种高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料，其特征在于：包括织物基材以及负载于所述织物基材表面的聚合物纳米纤维涂层，所述织物基材与所述聚合物纳米纤维涂层之间通过化学交联剂紧密贴合；所述织物基材为具有表面周期纹理结构的机织织物；所述聚合物纳米纤维涂层由湿法非织造工艺制备而成，具有与所述织物基材相同的表面周期纹理结构；所述高渗透性抗污纳米纤维分离膜材料具有亲水性；