一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用，纳米纤维膜包括十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。本发明专利技术提供的纳米纤维膜通过十字交叉型纳米纤维膜的三维拓扑结构和表面化学成分修饰的共同作用能够实现油包水乳液或水包油乳液的破乳，从而实现高效油水分离。且该膜能够多次重复使用，油水分离效率稳定。实验结果表明：该油水分离纳米纤维膜对水包油乳液和油包水乳液不具有选择性，油包水乳液和水包油乳液均可实现99％以上的分离效率；重复八次后分离效率均保持在98％以上。

A nanofibre membrane, its preparation method and its application in oil-water separation

The invention provides a nano-fiber membrane, a preparation method thereof and its application in oil-water separation. The nano-fiber membrane comprises a cross-type nano-fiber membrane and a polytetrafluoroethylene nanoparticle modified on the surface of the cross-type nano-fiber membrane. The nanofibrous membrane provided by the invention can realize the demulsification of the oil in water emulsion or water in oil emulsion through the combined action of the three-dimension topological structure of the crisscross type nano fiber membrane and the modification of the surface chemical components, thereby achieving the high efficiency oil-water separation. The membrane can be reused for many times, and the separation efficiency of oil and water is stable. The experimental results show that the oil-water separation nanofiber membrane has no selectivity for water in oil emulsion and oil in water emulsion. The oil in water emulsion and oil in water emulsion can achieve more than 99% separation efficiency; after eight times, the separation efficiency is maintained at 98%.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用
本专利技术属于纳米纤维膜
，尤其涉及一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用。
技术介绍
近年来，纳米纤维膜由于易于制备、比表面积大、机械性能好等特点，在油水分离领域的应用逐渐增多，但是传统静电纺丝技术制备得到的纳米纤维膜中的纤维呈无序状态或者呈单向排列状态，缺乏纤维膜内部的三维结构，导致孔隙率及孔径大小不利于油水分离的实现。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用，该纳米纤维膜具有较好的油水分离效率。本专利技术提供了一种纳米纤维膜，包括十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。优选地，所述聚四氟乙烯纳米颗粒的直径小于等于1μm。优选地，所述十字型纳米纤维膜的材质为聚氨酯。本专利技术提供了一种上述技术方案所述纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚四氟乙烯纳米颗粒分散在水中，得到PTFE乳液；将十字交叉型纳米纤维膜固定在基底上，基底与纤维膜之间留有3mm左右的空隙，然后将PTFE乳液挤进空隙中，烘干，得到纳米纤维膜。优选地，所述PTFE乳液的浓度为0.1～15wt％。优选地，所述烘干的温度为110～120℃。优选地，所述十字交叉型纳米纤维膜按照以下方法制得：1)将聚合物溶解于溶剂中，得到纺丝溶液；2)将专用的纺丝接收基底安装在静电纺丝装置上，所述的专用的纺丝接收基底由PCB板、两对金属电极组成，两对电极设置在PCB板上且两对电极分别位于横向和纵向；将横向的两个电极接地，纵向的两个电极接高压电源；然后将纺丝喷头安装于支架上，调节纺丝喷头的高度与位置使其前端垂直正对四块电极中间区域的中心，纺丝喷头后端通过导管与注射泵相连，纺丝喷头导电部分接高压直流电源；3)通过注射泵进给纺丝溶液，调节高压直流电源电压，开始在横向纺丝；4)当横向纺丝结束后，再将纵向的两个电极接地，横向的两个电极接高压电源，然后重复步骤3)，再纵向纺丝；5)重复步骤3)和4)，得到十字交叉型纳米纤维膜。优选地，所述纺丝溶液的质量分数为20～30％。本专利技术提供了一种上述技术方案所述纳米纤维膜或上述技术方案所述制备方法制备的纳米纤维膜在油水分离中的应用。本专利技术提供了一种纳米纤维膜，包括十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。本专利技术提供的纳米纤维膜通过十字交叉型纳米纤维膜的三维拓扑结构和表面化学成分修饰的共同作用能够实现油包水乳液或水包油乳液的破乳，从而实现高效油水分离。且该膜能够多次重复使用，油水分离效率稳定。实验结果表明：该油水分离纳米纤维膜对水包油乳液和油包水乳液不具有选择性，油包水乳液和水包油乳液均可实现99％以上的分离效率；重复八次后分离效率均保持在98％以上。附图说明图1为本专利技术实施例1制备十字交叉型纳米纤维膜的制备过程示意图；图2为本专利技术实施例的表面修饰过程示意图；图3为本专利技术实施例1制备的纳米纤维膜的油水分离示意图；图4为本专利技术实施例1制备的十字交叉型纤维膜照片、及其光学显微镜照片和扫描电子显微镜照片；图5为本专利技术无序纤维膜和本专利技术实施例1制备的十字交叉型纳米纤维膜的力学性能示意图；图6为本专利技术实施例的不同浓度聚四氟乙烯乳液修饰后纤维膜表面形貌及接触角图；图7为本专利技术实施例1的聚四氟乙烯乳液修饰后纤维膜不同表面的表面形貌及接触角图；图8为本专利技术实施例1制备的纳米纤维膜油水分离示意图及分离效率图；图9为本专利技术实施例5的重复使用油水分离效率图。具体实施方式本专利技术提供了一种油水分离纳米纤维膜，包括静电纺丝制得的十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。本专利技术提供的纳米纤维膜通过十字交叉型纳米纤维膜的三维拓扑结构和表面化学成分修饰的共同作用能够实现油包水乳液或水包油乳液的破乳，从而实现高效油水分离。且该膜能够多次重复使用，油水分离效率稳定。实验结果表明：该油水分离纳米纤维膜对水包油乳液和油包水乳液不具有选择性，油包水乳液和水包油乳液均可实现99％以上的分离效率；重复八次后分离效率均仍保持在98％以上。本专利技术提供的纳米纤维膜包括十字交叉型纳米纤维膜；所述十字交叉型纳米纤维膜的材质优选为聚氨酯。在本专利技术中，所述十字交叉型纳米纤维膜优选按照申请号CN201710801174.1中公开的方法制得。所述十字交叉型纳米纤维膜的厚度优选为100～400微米。本专利技术提供的纳米纤维膜包括对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。所述聚四氟乙烯纳米颗粒的直径优选小于等于1μm。本专利技术提供了一种上述技术方案所述纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯纳米颗粒分散在水中，得到PTFE乳液；将十字交叉型纳米纤维膜固定在基底上，基底与纤维膜之间留有3mm左右的空隙，然后将PTFE乳液挤进空隙中，烘干，得到纳米纤维膜。本专利技术将聚四氟乙烯纳米颗粒分散在水中，得到PTFE乳液。在本专利技术中，所述PTFE乳液的浓度优选为0.1～15wt％；更优选为0.3～10wt％。得到PTFE乳液后，本专利技术将十字交叉型纳米纤维膜固定在基底上，基底与纤维膜之间留有3mm左右的空隙，然后将PTFE乳液挤进空隙中，烘干，得到纳米纤维膜。在本专利技术中，所述十字交叉型纳米纤维膜优选按照以下方法制得：1)将聚合物溶解于溶剂中，得到纺丝溶液；2)将专用的纺丝接收基底安装在静电纺丝装置上，所述的专用的纺丝接收基底由PCB板、两对金属电极组成，两对电极设置在PCB板上且两对电极分别位于横向和纵向；将横向的两个电极接地，纵向的两个电极接高压电源；然后将纺丝喷头安装于支架上，调节纺丝喷头的高度与位置使其前端垂直正对四块电极中间区域的中心，纺丝喷头后端通过导管与注射泵相连，纺丝喷头导电部分接高压直流电源；3)通过注射泵进给纺丝溶液，调节高压直流电源电压，开始在横向纺丝；4)当横向纺丝结束后，再将纵向的两个电极接地，横向的两个电极接高压电源，然后重复步骤3)，再纵向纺丝；5)重复步骤3)和4)，得到十字交叉型纳米纤维膜。在本专利技术中，所述聚合物优选为聚氨酯；所述溶剂优选为二甲基甲酰胺和/或四氢呋喃；溶剂能溶解聚合物，常温下易快速挥发。所述纺丝溶液的质量分数优选为20～30％，更优选为23％～28％；在本专利技术具体实施例中，所述纺丝溶液的质量分数为25％；纺丝的具体过程包括：纺丝接收基底上的一对电极接地，与其垂直方向的另一对电极接高电势，电场诱导纤维只在接地的这对电极间运动并在这对电极间形成有向阵列。在步骤3)和步骤4)中通过对纺丝溶液的参数(粘度、表面张力、导电性等)和操作参数(电压、喷涂与收集板的间距、纺丝溶液进给速度)，控制纤维的直径和每层纳米纤维的密度。本专利技术利用静电纺丝制备的十字交叉型静电纺丝纳米纤维膜具有3D结构且力学性能优异，其孔隙率及力学性能均优于无序膜，有利于油包水和水包油乳液的破乳，从而有利于油水分离的实现。单次拉伸实验中十字交叉型静电纺丝纳米纤维膜的最大应力接近6MPa。高压直流电源10～15KV。注射泵以0.2～0.8mL/h的速度进给纺丝溶液。垂直方向的另一对电极接高电势为1～3KV。在本专利技术中，所述十字交叉型纳米纤维膜贴近聚四氟乙烯乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米纤维膜，其特征在于，包括十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维膜，其特征在于，包括十字交叉型纳米纤维膜；及对所述十字交叉型纳米纤维膜表面修饰的聚四氟乙烯纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的纳米纤维膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯纳米颗粒的直径小于等于1μm。3.根据权利要求1所述的油水分离纳米纤维膜，其特征在于，所述十字型纳米纤维膜的材质为聚氨酯。4.一种权利要求1～3任一项所述纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚四氟乙烯纳米颗粒分散在水中，得到PTFE乳液；将十字交叉型纳米纤维膜固定在基底上，基底与纤维膜之间留有3mm左右的空隙，然后将PTFE乳液挤进空隙中，烘干，得到纳米纤维膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述PTFE乳液的浓度为0.1～15wt％。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为110～120℃。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述十字交叉型纳米纤维膜按照以下方法制得：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，浙江大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22