一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料及其制备方法。所述制备方法为：选用聚合物配制成聚合物溶液，将其经静电直喷成网，在静电直喷过程中借助外力作用使喷丝口发生原位振动，促进带电液滴的生成，进而液滴发生相分离，在接收基材表面形成均匀的二维网状极细纳米纤维材料，其呈连续、无缝堆叠状；随后通过对其进行表面改性处理，获得具有选择性表界面润湿特性的二维网状极细纳米纤维油水分离材料。本发明专利技术制备工艺简单、原料限制少，且该网状极细纳米纤维油水分离材料具有微小网孔和良好的孔道连通性，在油品纯化、含油废水处理等领域表现出巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料及其制备方法
本专利技术涉及一种由二维网状极细纳米纤维组成的高效高通量油水分离材料及其制备方法，属于功能纳米纤维材料

技术介绍
当前，乳化油水混合物的分离在社会生产和日常生活中有着广泛的应用需求，涉及石油化工、交通运输、食品加工等众多行业。现有沉降法、机械法、化学法等油水分离方法普遍存在能耗高、处理效率低的不足，膜分离技术因能耗低、操作简单等优点而被越来越多的应用于油水分离中，然而现有油水分离材料普遍存在孔径大的缺陷，导致其分离精度低，不能满足实际应用需求。静电纺纤维因直径细、孔径小、孔隙率高等结构优势，在高性能油水乳液分离领域表现出良好的应用前景。现有公开专利《一种高效油水分离复合纤维膜及其制备方法》(CN201410125768.1)、《一种磁响应高效油水分离纤维膜及其制备方法》(CN201410584912.8)、《高效的静电纺丝油水分离纤维膜》(CN201610040433.9)、《一种具有优异抗污能力的油水分离纤维膜及其制备方法》(CN201610580631.4)报道了利用静电纺丝法制备油水分离材料的方法，但上述方法制备的材料仍存在直径较粗、孔径较大的问题，无法有效分离粒径较小的油水乳粒，分离效率难以进一步提升，因此亟需一种直径细、孔径小的高效油水分离材料。为降低静电纺纤维膜孔径获得高效油水分离材料，公开专利《高通量高效率纳米纤维膜及其制备方法》(CN200980146276.8)、《一种纤维素纳米纤维-氧化石墨烯杂化的复合超滤膜及其制备方法》(CN201510747818.4)报道了一种在静电纺纤维表面涂覆纤维素纳米纤维或纤维素纳米纤维与氧化石墨烯的杂化混合物构筑小孔径超滤膜的方法，利用直径较小(5～50nm)的纤维素纳米纤维降低静电纺纤维膜的孔径。但上述方法中的纤维素纳米纤维长度短(＜1μm)、易脱落且脱落后易堵塞材料的孔道，导致材料孔隙率减小，通量降低，难以满足实际应用要求。另有公开专利《一种多组分网状纳米纤维膜的制备方法》(CN201410061970.2)报道了一种直径细(5～35nm)、孔径小(10～300nm)的网状纳米蛛网材料的制备方法，但上述方法制备的纳米蛛网材料中含有大量直径较粗的常规静电纺纤维支架，网状结构覆盖率低且不连续，导致网与网之间有大量空隙存在，至今无法实现其油水分离实际应用。因此，亟需一种直径细、孔径小、孔道连通性好且连续无缝堆叠的油水分离材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料及其制备方法，特别是提供一种可制备纤维直径细、孔径小、不含常规静电纺纤维支架、网状结构连续堆叠且完全覆盖的二维网状极细纳米纤维油水分离材料的技术。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，选用聚合物配制成均匀稳定的低质量浓度聚合物溶液，将其进行静电直喷成网，在静电直喷过程中借助外力作用使喷丝口发生原位振动，促进带电液滴的生成，进而液滴发生相分离，在接收基材表面形成均匀的二维网状极细纳米纤维材料，其呈连续、无缝堆叠状；随后通过对其进行表面改性处理，获得具有选择性表界面润湿特性的二维网状极细纳米纤维油水分离材料。优选地，所述聚合物溶液为聚合物、添加物及溶剂的混合物。更优选地，所述聚合物为聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚砜、聚醚砜、尼龙、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯亚胺、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚醚醚酮、聚乙二醇、聚酯酰胺、聚苯醚、聚氯乙烯、聚乙烯一乙烯醇共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯、纤维素、透明质酸、壳聚糖和蚕丝蛋白中的任意一种或几种；所述添加物为氯化钠、氯化锂、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锌、氯化铁、碳酸钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、溴化锂、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基溴化吡啶、十六烷基三甲基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四乙基氯化铵、碳纳米管和氧化石墨烯中的任意一种或几种；所述溶剂为水、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲酸、丙酮、六氟异丙醇、二氯甲烷、氯仿、正己烷、异辛烷、石油醚、甲酚、苯酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、苯、甲苯、二甲苯、三氯乙酸、三氟乙酸、吡啶、异丙基苯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮和甲基乙基酮中的任意一种或几种。更优选地，所述聚合物溶液的配制方法具体为：先将添加物加入到溶剂中，用磁力搅拌装置搅拌10～120min，超声装置超声10～120min，然后将聚合物将入其中，在室温或加热状态下用磁力搅拌装置连续搅拌2～24h。更优选地，聚合物溶液中添加物的质量浓度为0.0001～0.05wt％。优选地，所述聚合物溶液中聚合物的分子量为5×104～2×107，聚合物的质量浓度为0.001～5wt％，聚合物溶液的粘度范围为1～500mPa·s。优选地，所述静电喷射过程中的电压为15～150kV，灌注速度为0.05～5mL/h，喷丝口到接收基材之间的距离为15～60cm，环境温度为15～50℃，环境相对湿度为10～99％；喷丝口的振动频率为0.1～10kHz，振幅为0.1～10μm。喷丝口振动产生的方式为在靠近喷丝口的位置处安装频率、振幅可调的绝缘振动发生器，通过振动发生器的振动带动喷丝口产生一定频率与振幅的原位振动，或在喷丝口处连接一个一端与外加振动发生装置相连的振动传输器，通过外加振动装置的振动以及振动传输装置的传输带动喷丝口发生原位振动。优选地，所述接收基材为多孔材料，例如相分离多孔膜、纤维素多孔滤纸、非织造布、织物、窗纱、金属网或静电纺纤维膜，孔径为0.2～20μm。优选地，所述表面改性处理方法为采用浸渍沉积、涂覆沉积、化学气相沉积、紫外辐射表面接枝、悬浮聚合表面接枝、等离子体刻蚀、等离子体接枝和等离子体气相沉积中的任意一种或几种对材料进行疏水或亲水改性。优选地，所述疏水改性采用的疏水改性剂为三氯甲基硅烷、氟化烷基硅烷、二甲基硅氧烷、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙酸甲酯、氟化苯并噁嗪、十八烷基三氯硅烷、甲基丙烯酸十二氟庚酯、十八胺和聚四氟乙烯中的任意一种或几种；所述亲水改性采用的亲水改性剂为丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙二醇和马来酸苷中的任意一种或几种。本专利技术还提供了一种采用上述高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法制备的高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料。优选地，所述高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料中纤维的平均直径为3～50nm，网孔具有稳定Steiner最小树结构，网孔的平均孔径为10～500nm，孔隙率≥75％，其对油水乳液的分离效率≥99.4％，渗流通量≥3000L·m-2·h-1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术制备的高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料中含有纤维直径细、网孔孔径小、连续无缝堆叠的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，选用聚合物配制成聚合物溶液，将其经静电直喷成网，在静电直喷过程中借助外力作用使喷丝口发生原位振动，促进带电液滴的生成，进而液滴发生相分离，在接收基材表面形成均匀的二维网状极细纳米纤维材料，其呈连续、无缝堆叠状；随后通过对其进行表面改性处理，获得具有选择性表界面润湿特性的二维网状极细纳米纤维油水分离材料。

【技术特征摘要】
1.一种高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，选用聚合物配制成聚合物溶液，将其经静电直喷成网，在静电直喷过程中借助外力作用使喷丝口发生原位振动，促进带电液滴的生成，进而液滴发生相分离，在接收基材表面形成均匀的二维网状极细纳米纤维材料，其呈连续、无缝堆叠状；随后通过对其进行表面改性处理，获得具有选择性表界面润湿特性的二维网状极细纳米纤维油水分离材料。2.如权利要求1所述的高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液为聚合物、添加物及溶剂的混合物。3.如权利要求2所述的高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚砜、聚醚砜、尼龙、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯亚胺、聚苯并咪唑、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚醚醚酮、聚乙二醇、聚酯酰胺、聚苯醚、聚氯乙烯、聚乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯、纤维素、透明质酸、壳聚糖和蚕丝蛋白中的任意一种或几种；所述添加物为氯化钠、氯化锂、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化钡、氯化锌、氯化铁、碳酸钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、溴化锂、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基溴化吡啶、十六烷基三甲基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四乙基氯化铵、碳纳米管和氧化石墨烯中的任意一种或几种；所述溶剂为水、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲酸、丙酮、六氟异丙醇、二氯甲烷、氯仿、正己烷、异辛烷、石油醚、甲酚、苯酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、苯、甲苯、二甲苯、三氯乙酸、三氟乙酸、吡啶、异丙基苯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮和甲基乙基酮中的任意一种或几种。4.如权利要求2所述的高效高通量二维网状极细纳米纤维油水分离材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液的配制方法具体为：先将添加物加入到溶剂中，用磁力搅拌装置搅拌10～120min，超声装置超声10～120min，然后将聚合物将入其中，在室温或加热状态下用磁力搅拌装置连续搅拌2～24h...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，刘惠，张世超，葛建龙，张继超，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31