一种膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法，所述纳米纤维膜由纳米纤维以及分布于纳米纤维上的纳米分支结构组成。本发明专利技术所述方法简单地将喷涂(或喷雾)技术和静电纺丝技术同步实施，联合制备具有超疏水性能的膜蒸馏用纳米纤维膜。本发明专利技术所述制备方法简单，过程易于控制，不需要复杂的制备步骤和昂贵的后处理设备，所制备的纳米纤维膜空隙率高，不仅膜表面具有均匀、优异的超疏水性，还能保证其内部每一层由纳米纤维组成的平面都具有超疏水性，因此可以极大地提高膜的抗润湿性，有效的解决了膜通量低、易于润湿的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法
本专利技术属于膜蒸馏领域，涉及一种膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法，尤其涉及一种具有超疏水能力的膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法。
技术介绍
膜蒸馏是一种将传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新兴液体分离技术，其利用膜两测的温度差产生的蒸汽压差来驱动水蒸气穿过疏水性膜在低温一侧冷凝，而原料液端的水和非挥发性组分被截留，以此实现物质分离。由于具有极高的截盐率、可以利用低品位的能源和废热等优点，在高浓盐水处理、海水淡化等领域具有巨大的应用潜力。当前影响膜蒸馏技术大规模应用的一大问题是膜的亲水性泄漏，如何有效、简单地制备具有稳定的疏水性，甚至是超疏水性的膜蒸馏膜是当前膜蒸馏领域的研究热点。一般认为，如果水在膜表面的静态接触角大于等于150°，滚动角小于10°，则该膜具有超疏水性。目前市场上还没有量化生产的用于膜蒸馏的商品膜，当前已经见报道的制备方法大多是先制备多孔的疏水膜，然后再在多孔膜的表面进行超疏水改性，其中多孔膜的制备方法有传统的相转化法、烧结法、静电纺丝法等，而这些方法中，静电纺丝法可以制备孔隙率高达80％以上的纳米纤维膜，并且孔径分布易于调控。超疏水改性的方法有电化学沉积、化学气相沉积、模板法以及离子体改性等方法。这些膜蒸馏制备方法大多需要比较复杂的处理步骤或者特殊的处理设备，同时这些经过表面改性的疏水膜，其超疏水性仅仅限于膜的表面，当经过长时间的运行，或者在水压增大的情况下，水会逐渐透过膜的表面将膜的内层润湿，一旦膜的表层和内层都被润湿，不仅膜的孔隙率会下降，而且膜两侧的温差也会降低，导致膜通量下降甚至是亲水性泄漏，从而不能保证膜蒸馏过程的长时间稳定运行。CN103263856A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，包括：将疏水性功能聚合物材料溶于溶剂中，得1～35wt％的聚合物纺丝溶液，进行静电纺丝，得到疏水纳米纤维多孔膜，再进行热处理，即得膜蒸馏用静电纺丝疏水纳米纤维多孔膜。但是该方法制备得到的疏水纳米纤维多孔膜在长期运行过程中仍然存在着膜通量下降甚至是亲水性泄漏的问题。
技术实现思路
针对现有技术中膜蒸馏制备方法的步骤复杂，设备特殊，所制备的膜的膜通量不理想，膜疏水性能不稳定以及不能保证膜蒸馏过程的长期稳定运行等问题，本专利技术提供了一种具有超疏水性能的膜蒸馏用纳米纤维膜及其制备方法。本专利技术简单的将喷涂(或喷雾)技术和静电纺丝技术同步实施，联合制备具有超疏水性能的膜蒸馏用纳米纤维膜。本专利技术提供的制备方法，其设备要求低，过程简单，可控性强，可以有效的制备出具有孔隙率高，表面和内层都具有稳定的超疏水性的高性能膜蒸馏用纳米纤维膜。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种膜蒸馏用纳米纤维膜，所述纳米纤维膜由纳米纤维以及分布于纳米纤维表面的纳米分支结构组成；所述纳米分支结构由纳米粒子组成。所述纳米分支结构组成均匀的分散于纳米纤维表面。优选地，所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米银、纳米钛、纳米碳酸钙或纳米级粘土中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的组合，纳米氧化锌和纳米三氧化二铁的组合，纳米银、纳米钛和纳米碳酸钙的组合，纳米钛、纳米碳酸钙和纳米级粘土的组合，纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米银和纳米钛的组合，纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米银、纳米钛、纳米碳酸钙和纳米级粘土的组合等。作为本专利技术的优选方案，所述纳米纤维由疏水聚合物组成。优选地，所述疏水聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯或聚乙烯中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的组合，聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚苯乙烯的组合，聚丙烯、聚丙烯和聚乙烯的组合，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚苯乙烯的组合，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯和聚乙烯的组合等。作为本专利技术的优选方案，所述纳米纤维膜的孔隙率为70～90％，例如70％、75％、80％、85％或90％等，静态接触角为150～160°，例如150°、153°、155°、157°或160°等，滚动角为3～10°，例如3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°或10°等，进一步优选为所述纳米纤维膜的孔隙率为80～90％，静态接触角为155～160°，滚动角为3～7°。第二方面，本专利技术提供了上述膜蒸馏用纳米纤维膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将疏水聚合物溶于有机物溶剂中制成静电纺丝液；(2)将纳米粒子分散于纳米粒子分散剂中制成喷涂或喷雾液；(3)用静电纺丝装置将静电纺丝液拉伸成丝并收集于接收器上，同时用喷涂或喷雾装置向接收器上喷射喷涂或喷雾液，制备得到纳米纤维膜。其中，用静电纺丝装置将静电纺丝液拉伸成丝并收集于接地的接收器上。作为本专利技术的优选方案，所述喷涂或喷雾液与静电纺丝液的用量比例为1:(1～20)，例如1:1、1:2、1:4、1:6、1:8、1:10、1:12、1:14、1:16、1:18或1:20等。若静电纺丝液与喷涂或喷雾液的用量比例的超过此范围，将会影响膜的疏水性和孔隙率。优选地，步骤(1)中疏水聚合物与有机物溶剂由重量份计按以下组成制成静电纺丝液：疏水聚合物10～30份有机物溶剂70～90份；其中，疏水聚合物的重量份可为10份、13份、15份、17份、20份、23份、25份、27份或30份等；有机物溶剂的重量份可为70份、73份、75份、77份、80份、83份、85份、87份或90份等。优选地，步骤(1)中疏水聚合物与有机物溶剂由重量份计按以下组成制成静电纺丝液：疏水聚合物20～25份有机物溶剂75～80份。优选地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮或二甲基亚砜中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的组合，甲基吡咯烷酮、四氢呋喃和丙酮的组合，甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮和二甲基亚砜的组合，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮和四氢呋喃的组合，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮和二甲基亚砜的组合等。优选地，步骤(2)中纳米粒子与纳米粒子分散剂由重量份计按以下组成制成喷涂或喷雾液：纳米粒子1～20份纳米粒子分散剂80～99份；其中，纳米粒子的重量份可为1份、3份、5份、7份、10份、13份、15、17份或20份等；纳米粒子分散剂的重量份可为80份、83份、85份、87份、90份、93份、95份、97份或99份等。优选地，步骤(2)中纳米粒子与纳米粒子分散剂由重量份计按以下组成制成喷涂或喷雾液：纳米粒子5～15份纳米粒子分散剂85～95份。优选地，所述纳米分散剂为丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、四氢呋喃或二甲基亚砜中任意一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：丙酮和乙醇的组合，乙醇、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的组合，甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮和二甲基亚砜的组合，丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和甲基吡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜蒸馏用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜由纳米纤维以及分布于纳米纤维表面的纳米分支结构组成。

【技术特征摘要】
1.一种膜蒸馏用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜由纳米纤维以及分布于纳米纤维表面的纳米分支结构组成。2.根据权利要求1所述的膜蒸馏用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维由疏水聚合物组成；优选地，所述疏水聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯或聚乙烯中任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1-2所述的膜蒸馏用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米分支结构由纳米粒子组成；优选地，所述纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米银、纳米钛、纳米碳酸钙或纳米级粘土中任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-3任一项所述的膜蒸馏用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的孔隙率为70～90％，静态接触角为150～160°，滚动角为3～10°；优选地，所述纳米纤维膜的孔隙率为80～90％，静态接触角为155～160°，滚动角为3～7°。5.根据权利要求1-4任一项所述的膜蒸馏用纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将疏水聚合物溶于有机物溶剂中制成静电纺丝液；(2)将纳米粒子分散于纳米粒子分散剂中制成喷涂或喷雾液；(3)用静电纺丝装置将静电纺丝液拉伸成丝并收集于接收器上，同时用喷涂或喷雾装置向接收器上喷射喷涂或喷雾液，制备得到纳米纤维膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂或喷雾液与静电纺丝液的用量比例为1:(1～20)；优选地，步骤(1)中疏水聚合物与有机物溶剂由重量份计按以下组成制成静电纺丝液：疏水聚合物10～30份有机物溶剂70～90份；优选地，步骤(1)中疏水聚合物与有机物溶剂由重量份计按以下组成制成静电纺丝液：疏水聚合物20～25份有机物溶剂75...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉平，苏春雷，曹宏斌，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11