具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用，先将聚合物纳米纤维液氮冷冻，将其与多壁碳管置于内壁贴有基材的密闭容器中，进行高速旋转，对聚合物纳米纤维和多壁碳管施加离心力；最后将基材取下，并在材料表面喷涂导电金属，得到具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜。该取向纳米纤维复合膜可用于乳液分离，在多次应用后，可将其接入直流电源的闭合电路中，进行自清洁；该取向纳米纤维复合膜在达到良好过滤性能的同时，实现了自清洁能力，具有可多次循环利用的优点。本发明专利技术的制备方法简便，装置简单易操作，无需与纺丝设备适配，实现了干法成膜的技术，为现有制备乳液分离膜材料提供了新方法。现有制备乳液分离膜材料提供了新方法。现有制备乳液分离膜材料提供了新方法。

【技术实现步骤摘要】
具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及功能性膜材料
，尤其涉及一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]现阶段，环境治理、废液处理回收以及水循环利用对于生态发展具有重要意义。不论是工业废液还是生活污水，其中的油污成为污水治理的难题。近年来，纳米纤维膜因为分离效率高、成本低、操作简单、环境友好成为处理油水乳液的有效方法；因此，可用于污水处理的乳液分离膜材料成为领域内的一大研究热点。
[0003]目前，专利技术专利(申请号为CN 202011306936.9)公开了一种用于油水乳液分离的玻璃纤维膜及其制备方法，先采用KH550对玻璃纤维膜的表面进行改性处理，再将改性后的玻璃纤维膜在KH560改性后的改性二氧化硅粒子的有机溶剂分散液中浸泡后，最后将玻璃纤维膜在丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规共聚物溶液中浸泡，即得用于油水乳液分离的玻璃纤维膜；该方法工艺步骤复杂，且多次采用浸泡法进行处理，若用于工业中，会产生大量化学废液，环境友好性差。
[0004]现有技术中，SHAHABADI S S M等人采用静电喷雾技术将碳纳米颗粒喷涂在聚偏二氟乙烯
‑
共六氟丙烯(PVDF
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HFP)纳米纤维支撑膜表面，采用层间复合法构造出具有多级粗糙表面的超疏水/超亲油复合纳米纤维膜(Bio
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inspired Superhydrophobic and Superoleophilic Nanofibrous Membranesfor Non
‑
aqueous Solvent and Oil Separation from Water.Separation andPurification Technology，2019，210：587
‑
599.)；但是，上述方法均依赖于传统静电纺丝工艺来制备膜材料，存在纳米材料易团聚且难分散的问题，从而影响到纳米纤维膜的结构均匀性，且在乳液分离过程中往往会存在油污堆积在膜表面降低过滤性能的问题。
[0005]现有技术中，纳米纤维膜的自清洁主要采用光催化的方法来实现，Wenxuan Cao等采用电纺银/b
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环糊精/聚丙烯腈(Ag/b
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CD/PAN)纳米纤维与原位生长氧化锌(ZnO)复合制备了具有防污和可见光诱导自清洁性能的分级结构超亲水/水下超疏油纳米纤维膜(Multifunctional nanofibrous membraneswith sunlight
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driven self
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cleaning performance for complex oily wastewaterremediation.J Colloid Interface Sci 2022,608(Pt1),164
‑
174)，但由于光的能量转化效率较低，该纤维膜存在自清洁效率低的问题。
[0006]有鉴于此，有必要设计一种改进的具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法及应用，将液氮冷冻的聚合物纳米纤维与多壁碳管置于密闭容器中，在高速剪切力作用下
实现纳米纤维的定向筛选并对两者施加离心力，使其粘附在容器内壁的基材上，最后在材料表面喷涂导电金属膜，制备出具有取向结构的聚合物纳米纤维/多壁碳管复合膜；该复合膜可用于乳液分离，且将其接入直流电路中，可进行自清洁过程，具有多次循环利用的优点。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻15～20min；
[0010]S2、将经步骤S1处理后的所述聚合物纳米纤维、多壁碳管置于内壁贴有基材的密闭容器中，进行高速旋转，时间为100～180s；所述聚合物纳米纤维与所述多壁碳管的质量比为(18～22):1；
[0011]所述密闭容器内部设有旋转组件，用于将所述聚合物纳米纤维破碎，并对所述聚合物纳米纤维、所述多壁碳管施加离心力；
[0012]S3、将所述密闭容器内壁上的基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维与多壁碳管；
[0013]S4、将步骤S3得到的材料表面喷涂导电金属，即得具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述密闭容器在高速旋转过程中，保持其内部温度低于
‑
10℃，以维持其内部的所述聚合物纳米纤维的冷冻状态。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述多壁碳管为长纤维状结构，其直径为30～100nm，长径比为(10～20):1；所述聚合物纳米纤维的直径为100nm～6μm，优选为200～300nm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，将聚合物纳米纤维进行预处理的方式为：将所述聚合物纳米纤维表面接枝苯环结构的小分子物质；所述苯环结构的小分子物质包括均苯四甲酸酐。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述基材的表面粗糙度为10～100nm；所述高速旋转的转速大于30000rpm，优先为35000rpm。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S4中，在材料表面喷涂导电金属的时间为100～150s，喷涂金属后所述材料表面的电阻小于600Ω。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述旋转组件包括至少一层平面旋转叶片和至少一层斜面旋转叶片；单层所述斜面旋转叶片的叶片数量为1～3片，倾斜角度为20
°
～60
°
；所述平面旋转叶片和所述斜面旋转叶片的厚度为0.5～3.0μm，优选为2.0μm。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述聚合物纳米纤维包括聚乙烯醇
‑
聚乙烯共聚物、尼龙及其衍生物、聚丙烯纳米纤维中的一种或多种。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述基材包括金属膜基材、聚合物膜基材中的一种；所述聚合物膜基材包括聚丙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。
[0022]本专利技术还提供了一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的应用，所述取向纳米纤维复合膜上述任一项所述的制备方法制备得到，所述取向纳米纤维复合膜用于乳液分离；所述取向纳米纤维复合膜多次用于乳液分离后，将其接入直流电源的闭合电路中，升温至45～55℃后加入表面活性剂冲洗，进行所述取向纳米纤维复合膜的自清洁过程；所述表
面活性剂为浓度为0.1％的十二烷基硫酸钠的水溶液。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术的一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，通过先将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻15～20min；S2、将经步骤S1处理后的所述聚合物纳米纤维、多壁碳管置于内壁贴有基材的密闭容器中，进行高速旋转，时间为100～180s；所述聚合物纳米纤维与所述多壁碳管的质量比为(18～22):1；所述密闭容器内部设有旋转组件，用于将所述聚合物纳米纤维破碎，并对所述聚合物纳米纤维、所述多壁碳管施加离心力；S3、将所述密闭容器内壁上的基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维与多壁碳管；S4、将步骤S3得到的材料表面喷涂导电金属，即得具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜。2.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述密闭容器在高速旋转过程中，保持其内部温度低于
‑
10℃，以维持其内部的所述聚合物纳米纤维的冷冻状态。3.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述多壁碳管为长纤维状结构，其直径为30～100nm，长径比为(10～20):1；所述聚合物纳米纤维的直径为100nm～6μm，优选为200～300nm。4.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将聚合物纳米纤维进行预处理的方式为：将所述聚合物纳米纤维表面接枝苯环结构的小分子物质；所述苯环结构的小分子物质包括均苯四甲酸酐。5.根据权利要求1所述的具有自清洁功能的取向纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述基材的表面粗糙度为10～100nm；所述高速旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳，耿阳，王栋，刘轲，王靖，武艺，吴青，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：