当前位置: 首页 > 专利查询>浙江大学专利>正文

一种超疏水改性静电纺丝膜及其制备方法和应用技术

技术编号:15718303 阅读:367 留言:0更新日期:2017-06-28 17:44
本发明专利技术公开了一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,步骤为:将疏水性高聚物、电解质与溶剂A混合得到高聚物纺丝溶液,经静电纺丝后得到静电纺丝膜;将碳纳米管分散于溶剂B中得到碳纳米管分散液,并涂覆于静电纺丝膜上,干燥后得到前驱体;最后进行热压,得到超疏水改性静电纺丝膜。本发明专利技术公开了一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,避免了将碳纳米管直接掺杂在静电纺丝液中导致的大量结点的产生,该方法简单方便,制备得到的改性静电纺丝膜的疏水性能好,同时孔隙率大,通量大,截留率极高,满足膜蒸馏过程的用膜需要。

Super hydrophobic modified electrostatic spinning membrane, preparation method and application thereof

The invention discloses a method for preparing super hydrophobic modified electrospinning membrane comprises the following steps: hydrophobic polymer electrolyte and solvent, A mixing polymer spinning solution, electrostatic spinning film obtained by electrospinning; carbon nanotubes dispersed in the solvent of B in carbon nanotube dispersion and electrostatic coating spinning film, drying to obtain precursor; finally get hot, super hydrophobic modification of electrospun membrane. The invention discloses a preparation method of super hydrophobic modified electrospinning membrane, avoids a large number of nodes directly doped carbon nanotubes in electrospinning solution leads to the generation of this method is simple and convenient, the prepared modified electrospinning membrane with good hydrophobic performance, and porosity, large flux, the interception rate is extremely high, meet the membrane distillation membrane need.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水改性静电纺丝膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及膜蒸馏分离领域,具体涉及一种超疏水改性静电纺丝膜及其制备方法和应用。
技术介绍
水资源短缺仍然是我国面临的重要问题,尤其是随着近几年气候变化的影响,以及厄尔尼诺现象引发的极端气候问题,水资源分布不均问题越来越成为限制地方经济发展的因素。海水淡化作为水资源增量的一种手段,越来越成为解决短缺的手段。海水淡化实际上是一种以能量换取资源的方式,同时,随着今年国家提出的单位国内生产总值能耗下降3.4%以上的目标,节能减排也成为海水淡化领域的目标之一。膜蒸馏可以利用低品位的热源,在较低温度和近乎常压下运行,因此被认为是一种能耗较低的海水淡化方式。随着技术的进步,在同等操作条件下,更低的能耗也成为大家普遍追求的目标。膜蒸馏用膜的制备主要有相转化法和近几年出现的静电纺丝法。其中静电纺丝膜以其高孔隙率,高疏水的膜表面,相互交联互通的孔得到了迅速的应用。公开号为CN103263856A的专利文献中公开了一种膜蒸馏用静电纺丝疏水纳米纤维多孔膜的制备方法,将疏水性功能聚合物材料溶于溶剂中,得到聚合物纺丝溶液,进行静电纺丝得到疏水纳米纤维多孔膜,再进行热处理,得到膜蒸馏用静电纺丝疏水纳米纤维多孔膜,其在膜蒸馏中得到了很好的应用。但因孔隙率较高的原因,该纳米纤维多孔膜的水接触角仅为120~135°,仍然存在膜表面易润湿的缺点。因此近年来相关的研究热点主要在提高纳米纤维膜表面的疏水性上,主要方法有纳米纤维膜表面气相沉积、采用异形结构的纳米纤维膜、采用掺杂纳米颗粒的混合基质纳米纤维膜。例如公开号为CN105696197A的中国专利文献中公开了一种C型核壳纳米纤维膜及其偏心轴纳米纤维膜的制备方法,将疏水性聚合物溶于溶剂中,为壳层溶液;将亲水性聚合物溶于溶剂中,为核层溶液,分别进行静电纺丝,得到C型核壳纳米纤维膜。该特定结构改善了膜孔隙率低、热转化效率低、水蒸气通量低和膜孔易润湿的缺陷,成功应用在膜蒸馏中。在改性静电纺丝膜过程中,混合基质膜成为重要的膜制作方法。在混合基质膜制作过程中,在膜中掺杂纳米颗粒是主要改性方法。因为掺杂纳米颗粒的选择性较广,掺杂过程简单易行等原因,混合基质膜的制作已经成为静电纺丝膜改性的主流。常用的掺杂材料有疏水性粘土,TiO2,SiO2,碳纳米管,聚四氟乙烯颗粒,石墨烯等材料。例如,公开号为CN105413488A的中国专利文献中公开了一种超疏水膜的制备方法,将疏水性有机高分子材料和纳米颗粒溶于有机溶剂中制成静电纺丝液,经静电纺丝制膜得到纳米纤维膜,对纳米纤维膜进行热处理;再制备二氧化钛,将其覆盖于纳米纤维膜表面并进行处理;配制硅烷类溶液,将其覆盖于已覆有二氧化钛的纳米纤维膜表面,经后处理得到超疏水膜。该申请中利用这些纳米颗粒的疏水性的特点,将其掺杂在纳米纤维膜中,可以提高膜表面的疏水性。然而,由于纳米颗粒易于团聚的特点,采用掺杂法制得的纳米纤维膜均存在不同程度的纳米纤维结点。结点在纳米纤维膜中的存在会破坏纳米纤维膜的结构,降低孔隙率,恶化静电纺丝膜的分离性能。虽然有不少研究采用了较好分散纳米颗粒的方法,然而很难从根本上改变混合静电纺丝的缺陷。碳纳米管(CNTs)是一种线性碳材料,近年来被大量用于海水淡化和膜制造领域。因其表面是由碳原子卷曲形成的管状结构,极难和水分子形成氢键,因此具有的超疏水性能,也大量用来制各自清洁、油水分离、抗腐蚀和抗污染等领域。但是,由于纳米颗粒之间强烈的相互作用,CNTs在溶液中倾向于团聚。尤其是在静电纺丝溶液中,因为需要一定的时间才能制成一张膜,团聚现象会随着静电纺丝时间的延长而呈现加剧的趋势。澳大利亚科学家Tijing,L.D.曾用碳纳米管掺杂在静电纺丝溶液中制成静电纺丝膜(Tijing,L.D.;Woo,Y.C.;Shim,W.-G.;He,T.;Choi,J.-S.;Kim,S.-H.;Shon,H.K.,Superhydrophobicnanofibermembranecontainingcarbonnanotubesforhigh-performancedirectcontactmembranedistillation.J.MembraneSci.2016,502,158-170.)。但是从膜表面看,膜中含有大量的结点,结点的存在严重影响膜的孔隙率。
技术实现思路
本专利技术公开了一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,避免了将碳纳米管直接掺杂在静电纺丝液中导致的大量结点的产生,该方法简单方便,制备得到的改性静电纺丝膜的疏水性能好,同时孔隙率大,通量大,截留率极高,满足膜蒸馏过程的用膜需要。具体技术方案如下:一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,包括如下步骤:(1)将疏水性高聚物、电解质与溶剂A混合得到高聚物纺丝溶液,经静电纺丝后得到静电纺丝膜;(2)将碳纳米管分散于溶剂B中得到碳纳米管分散液,并涂覆于步骤(1)所述的静电纺丝膜上,干燥后得到前驱体;(3)对步骤(2)所得前驱体进行热压,得到所述的超疏水改性静电纺丝膜。本专利技术采用了一种全新的表面覆盖碳纳米管网络的方法,在静电纺丝膜表面覆盖一层超疏水碳纳米管网络。在不改变静电纺丝膜本体性质的前提下,在其表面覆盖一层超疏水碳纳米管网络,大幅提高静电纺丝膜的疏水性。作为优选,步骤(1)中,所述的疏水性高聚物选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚砜(PSF)或聚醚砜(PES);所述的溶剂A选自真溶剂,或者真溶剂与稀释剂组成的混合液;所述的真溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸二甲酯(DMC)中的至少一种;所述的稀释剂选自甲基乙基酮、丙酮、己烷、丁酮乙酸乙酯中的至少一种。其中真溶剂可以溶解高分子,稀释剂的作用是降低高分子溶液的粘度,使静电纺丝过程更容易进行,为非必需溶剂。作为优选,所述的溶剂A选自真溶剂与稀释剂组成的混合液,真溶剂与稀释剂的重量比为3~5。进一步优选,所述的真溶剂选自DMF、DMAc或NMP,所述的稀释剂选自丙酮。步骤(1)中,所述高聚物纺丝溶液的质量百分比浓度即为该高聚物纺丝溶液中高聚物的质量百分比浓度;作为优选,所述高聚物纺丝溶液的质量百分比浓度为4~30%。高聚物的分子量和浓度对静电纺丝膜的丝径有着最重要的影响。同等浓度下,静电纺丝溶液中高分子的分子量越大,所形成的静电纺丝液的粘度越高。在静电纺丝过程中,粘度越高,纤维从静电纺丝液中喷出越困难,纤维黏连程度越大,所形成的纳米纤维越粗。同理,同一分子量的高分子聚合物,浓度越大,粘度越大,所形成的纳米纤维越粗。因此静电纺丝过程中主要靠高分子的浓度和分子量的配合获得合适的纳米纤维丝径。纳米纤维的丝径决定了静电纺丝膜的孔径大小。在膜蒸馏中,膜孔主要在0.1~0.8μm之间,因此,通过合适的丝径控制,可以得到适合膜蒸馏用的膜孔。聚合物溶于有机溶剂中,可以形成透明的均一稳定的溶液,然而,单纯的高分子溶液的导电性极差,在静电纺丝过程中不容易喷出,为改善静电纺丝液的导电性,在静电纺丝液中加入适量电解质来提高溶液的导电性。所加入的电解质量一般较少,作为优选本文档来自技高网
...
一种超疏水改性静电纺丝膜及其制备方法和应用

【技术保护点】
一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)将疏水性高聚物、电解质与溶剂A混合得到高聚物纺丝溶液,经静电纺丝后得到静电纺丝膜;(2)将碳纳米管分散于溶剂B中得到碳纳米管分散液,并涂覆于步骤(1)所述的静电纺丝膜上,干燥后得到前驱体;(3)对步骤(2)所得前驱体进行热压,得到所述的超疏水改性静电纺丝膜。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)将疏水性高聚物、电解质与溶剂A混合得到高聚物纺丝溶液,经静电纺丝后得到静电纺丝膜;(2)将碳纳米管分散于溶剂B中得到碳纳米管分散液,并涂覆于步骤(1)所述的静电纺丝膜上,干燥后得到前驱体;(3)对步骤(2)所得前驱体进行热压,得到所述的超疏水改性静电纺丝膜。2.根据权利要求1所述的超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的疏水性高聚物选自聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、聚砜或聚醚砜;所述的电解质选自氯化锂、氯化钠或氯化钾;所述的溶剂A选自真溶剂,或者是真溶剂与稀释剂组成的混合液;所述的真溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、碳酸二甲酯中的至少一种;所述的稀释剂选自甲基乙基酮、丙酮、己烷、丁酮、乙酸乙酯中的至少一种;所述高聚物纺丝溶液的质量百分比浓度为4~30%。3.根据权利要求2所述的超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,其特征在于,所述高聚物纺丝溶液中电解质的质量百分比浓度为0.001~0.01%。4.根据权利要求1、2或3所述的超疏水改性静电纺丝膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述静电纺丝的工艺为:静电纺丝时间为5~20小时,电压为6~40kV,纺丝溶液的推进速度为0.3~5mL/min,纺丝过程空气的相对湿度为30~60%,环境温度为10~35...

【专利技术属性】
技术研发人员:张林阎康康侯立安
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1