[发明专利]一种基于静电纺丝技术的纳米纤维复合超滤膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于静电纺丝技术的纳米纤维复合超滤膜的制备方法，由静电纺丝技术制备纳米纤维复合超滤膜，属于高分子过滤膜领域。

背景技术

现阶段制备纳米纤维的主要方法有模板法、自组装法、拉伸法和静电纺丝法。但是静电纺丝技术是最主要的能够直接连续的得到纳米纤维的一种方法。与传统的纺丝技术不同，静电纺丝技术是靠静电力的牵引来得到纳米纤维的。通过在聚合物溶液或熔体中施加几千伏至几万伏的高压静电，从而使聚合物液滴克服表面张力而产生喷射流，喷射流在电场的作用发生不稳定拉伸会分裂而变得又细又长，同时伴随着溶剂的挥发，细流固化，最后落在接收屏上，获得纳米纤维膜。该方法获得的纳米纤维膜具有很高的孔隙率，通过改变纺丝液的浓度粘度、纺丝液流速、电压等各种纺丝条件可以控制纤维的直径，孔径可以在几纳米到几十微米间变化；纤维之间具有互相联通的开孔结构，联通性好；纤维膜的表面具有很大的比表面积和很好的吸附性能。这些优异的性能为其提供了广阔的应用环境，如医疗、食品、化工石油、环保等领域。其中过滤是一个重要的应用领域，静电纺纳米纤维膜为过滤提供了高效的过滤介质。

超滤是一种重要的膜分离技术，一般用在饮用水和污水的深度处理，它是以静压力差为推动力的，根据相对分子质量的不同来达到物质的分离。超滤分离的物质范围比较广泛，可有效去除水中的一些微生物，分离溶液中的大分子、蛋白质、胶体、颗粒等。一般超滤膜能够截留的组分的分子量大小为1000~300000，被过滤的液体的渗透压很小甚至可以忽略，因此超滤膜所需的操作压力很小，通常为0.01~0.5MPa。

超滤膜的过滤机理主要是靠机械筛分作用来达到过滤效果，当溶质分子的分子尺寸比膜孔大时，溶质分子被截留在膜表面上而不能进入膜孔；或者当大分子溶质在通过膜孔时受到的摩擦阻力比小分子和溶剂在通过膜孔时受到的摩擦阻力大时，分子溶质同样也不能进入膜孔。

传统的过滤膜通常由单一的材料制成，孔隙率比较低，膜表面孔径很大，而且基本上都是闭孔结构，这些都大大限制了过滤膜的通量和截留率。而超滤膜的结构一般是多层复合结构，底层是力学性能优异的多孔纳米纤维膜，最上面的选择层是由亲水性能优异的物质构成的致密涂层。相比传统过滤膜而言，底层孔隙率比较高，开孔结构，选择层致密，孔径小，从而使超滤膜具有高通量和高截留率的优点。

聚乙烯醇（PVA）具有严格的线性、规整结构，它的化学性质稳定；分子链上含有大量的羟基使其具有很好的亲水性能，同时聚乙烯醇耐有机溶剂，具有良好的成膜性，所成的膜耐污染性能好，因此聚乙烯醇越来越被广泛用于亲水性膜材料，是制备超滤膜涂层的优良材料。

为获得致密的选择层，最基本的方法是采用涂覆法，但是直接在静电纺纳米纤维膜上涂覆通常情况下获得不到均一致密的选择层，必须经过必要的处理而获得均一致密的选择层。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静电纺丝技术的纳米纤维复合超滤膜的制备方法，以克服现有技术中存在的缺陷，满足有关领域的发展和应用的需要。

本发明基于静电纺丝技术的纳米纤维复合超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将纺丝用高分子聚合物溶解在溶剂中，静置待完全溶解后磁力搅拌，获得浓度为10~30wt%的纺丝液A；

（2）配置质量分数为7~10%的PVA水溶液，充分溶胀后水浴加热至完全溶解，冷却到室温，得PVA纺丝液；另外，再配制质量分数为1~6%的PVA水溶液，经过交联剂处理，得PVA涂覆液；所述交联剂为戊二醛、对苯二甲醛或羟基丁二酸中的一种；

（3）将配好的纺丝液A加入一个喷头，PVA纺丝液加入另一个喷头，进行复合式静电纺丝，得到纳米纤维复合膜；

（4）将上述所得的纳米纤维复合膜置于水蒸气下处理，用交联浴浸泡，然后再用所述PVA涂覆液通过匀胶机进行涂覆；

（5）将涂覆后的纳米纤维复合膜在室温下密封反应，用去离子水浸泡，最后悬空晾干，得到纳米纤维复合超滤膜。

步骤（1）中，所述纺丝用高分子聚合物经复合式静电纺丝所得纳米纤维的直径在800nm以上。进一步地，所述纺丝用高分子聚合物可优选聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）等中的一种和/或几种任意比例的混合物。