[发明专利]硅橡胶-聚偏氟乙烯电纺纳米纤维疏水微孔复合膜的制备

说明书

本发明提出了一种硅橡胶‑聚偏氟乙烯（PDMS‑PVDF）纳米纤维复合疏水微孔膜及其制备方法，该复合膜材料结构以高强度聚酯(PET)无纺布为复合膜支撑层，PDMS‑PVDF纳米纤维层为活性层。本发明提供的复合膜，通过基衬增强‑正负极同场静电纺丝技术，在无纺布（PET）表面形成PDMS‑PVDF静电纺丝纳米纤维微孔膜。对比传统PVDF微孔膜，疏水性更强，具有更高的孔隙率和比表面积，可以有效降低传质阻力、提高膜蒸馏通量，同时还拥有很强的机械强度。能够很好解决膜蒸馏过程出现的膜湿润问题，拥有更高的价值和更广阔的前景。

技术领域

本发明属于静电纺丝以及膜蒸馏领域，涉及一种复合膜材料、及其制备方法。

背景技术

通常，地球上只有不到1%的水可以正常使用。但是随着全球人口的饮用水需求不断地增加、工业迅速地发展，以及气候变化、环境污染等问题的出现，正使淡水短缺成为21世纪时期前所未有的危机。目前，约有12亿人正在遭受缺水和相应的不良影响。据预测，到2025年，大约会有18亿人可能生活在缺水的的环境下。通过探索新的水资源或通过各种水处理技术来解决世界范围内的一个严重缺水问题。根据世界卫生组织的规定，废水处理和海水淡化的需求预计将扩大，以保证多达40亿世界人口的用水需求。海水淡化和工业废水再利用被认为是增加淡水供应和缓解这场危机的两种有效方法。同时，考虑到海水占总水资源的97%以上，特别是在淡水严重短缺和降雨较少的地区，如中东和阿拉伯地区，可以通过海水淡化来处理这淡水危机。

膜分离技术由于其操作简便、设计成本较低，越来越多地用于水净化过程。纳滤、反渗透作为清洁高效的脱盐技术在我国各行业中得到了广泛应用，但在纳滤、反渗透膜滤过程中会产生至少占总进水量25%的污水排放，其对生态环境的破坏日益显著。膜蒸馏的技术具有节能、高渗透质量、高盐度处理饲料等显著优势为高盐高有机废水处理与资源化提供了新的思路和解决方案。

CN201110103439.3公开了一种平板聚丙烯分离膜的制备方法。这种平板分离膜由以下成分组成：丙烯树脂、聚丙烯树脂、邻苯二甲酸二丁酯、大豆油、丙酮、甲醇、正己烷。邻苯二甲酸二丁酯、大豆油作为稀释剂，丙酮、甲醇、正己烷为萃取剂。利用热致相分离法制备平板聚丙烯分离膜，工艺简单，制备的分离膜表面存在大量微孔，可以有效应用于膜蒸馏。

CN201210057356.X公开了一种膜蒸馏用聚偏氟乙烯膜的制备方法。采用干-湿相转化法制备中空聚偏氟乙烯膜丝，它包括两个步骤，铸膜液从中空纤维膜纺丝机的喷丝头外孔流出，膜丝进入两种不同的外凝胶浴，所述的外凝胶浴为NMP与水的混合溶液或水。本发明采用了新型的双凝胶浴，可以制备表面更加多孔的非对称膜，有助于提高中空纤维膜在膜蒸馏过程中的分离性能。

CN201210124552.4公开了一种疏水性聚砜类微孔膜的制备方法。它采用蒸汽诱导法制备微孔膜，由聚砜类材料、溶剂和有机非溶剂混合构成铸膜液，制成不同形状的液态膜，后浸入凝胶浴中，固化后取出，在水中继续浸泡，最后烘干得到表面疏水性能良好的聚砜微孔膜。本发明制备成疏水性良好的聚砜类微孔膜，所得薄膜的孔为指状孔，孔隙率较大，可用于膜蒸馏。

但是，由于以上方法可知，聚丙烯、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯，它们是通过相反转、拉伸、烧结或热诱导相分离等工艺制备。所有这些膜都面临着低渗透、低疏水性、污垢和润湿倾向，缺乏良好排斥盐性能。主要是由于低表面能高分子材料的疏水性未得到充分发扬，膜表面疏水性和粗糙度不足，同时，分离膜内部的孔隙率低、孔径较小以及存在曲折的闭孔结构。

相比之下，静电纺丝技术制备的纳米纤维膜则具有良好的疏水性和优异的分离性能。可生产从纳米到亚微米尺度的连续纤维，该膜具有高孔隙率、较大的比表面积、合适的孔径、较窄的孔径分布、相互贯通的孔结构、可控的纤维形貌和膜厚，同时制备工艺简单便捷，能够有效地提高膜通量和截留效率。

因此，将静电纺丝技术优良特点应用制备到疏水膜的制备中，对于相应的膜蒸馏应用具有重要的价值和应用的意义。

发明内容