[发明专利]一种磁响应高效油水分离纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能性微纳米复合纤维材料领域，具体涉及一种具有磁响应油水体系高效吸油性能的微纳复合纤维膜及其制备方法。

背景技术

工业生产和日常生活含油污水的肆意排放，以及频繁发生的海上原油泄漏事故对人类赖以生存的水资源造成极大污染的同时也造成了能源浪费。因此，从环境的可持续发展以及油类回收和水净化再利用的需求出发，都要求对含油污水进行有效分离。随着研究和应用的深入，一方面，人们发现具有特殊浸润性的材料，例如超亲水/超疏油、超疏水/超亲油材料相比于其他许多传统的在油水分离过程中既油又吸水的油水分离材料，其分离效率不但明显提高，而且极大方便了后续油或水的回收和材料再利用。另一方面，随着油水分离材料应用领域的拓展和要求的提高，对智能响应性油水分离材料的需求与日俱增。智能响应性油水分离材料能够对外场(如力、热、光、磁场等)的作用产生响应，从而实现油水外场响应可控分离以及材料的回收。在多种智能响应性材料中，从实际应用领域来看，具有磁响应性能的油水分离材料在极端环境例如由于极度污染人类难以靠近水域远程可控操作等领域的应用展现出极大潜力。同时，一些传统的制备方法还存在着过程步骤复杂、成本高昂、一次制备出的油水分离材料量有限等不足，直接影响到材料在实际中的应用。因此，基于材料特殊浸润，采用制备过程简单便捷、制备条件温和、成本低廉、能够实现规模化生产的技术手段，设计和制备具有磁响应性能的高效油水分离材料具有重要的实际应用价值和意义。

静电纺丝技术简称电纺，其作为近些年来发展起来的高效制备微纳米纤维的技术受到广泛关注和应用。电纺是利用高压电场的作用来实现纺丝溶液的喷射，即将聚合物溶液或熔体置于高压静电场中，带电的聚合物液滴在电场库仑力作用下被拉伸。当电场力足够大时，聚合物溶液或熔体克服表面张力的作用形成喷射状细流。细流在喷射过程中随着溶剂挥发而固化，落于负极收集板上，形成无纺布状的微米、纳米级纤维膜。由于电纺技术操作简单、能够实现规模化生产，已被普遍利用于制备微米、纳米纤维，材料涉及聚合物、无机氧化物、金属以及有机/无机杂化材料等。通过电纺技术所制得的纤维膜具有较大的比表面积和孔隙率，这不仅有利于提高类纤维毡磁响应油水分离纤维膜的油水分离性能，而且较之纳米颗粒吸附材料更易于材料的回收。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有磁响应性能的超疏水/超亲油微纳复合结构的电纺纤维膜及其制备方法。

本发明所提供的磁响应高效油水分离纤维膜的制备主要采用静电纺丝技术，具体包括以下几个步骤：

(1)将分析纯的聚合物A在20～30℃室温环境中溶解于溶剂A中，充分搅拌至聚合物A完全溶解，得到聚合物A的溶液，所得溶液含聚合物A的质量百分含量为10～35％。

所述聚合物A为具有疏水性质的聚合物，如聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯等中的任意一种。

所述溶解聚合物A的溶剂A为分析纯的N,N-二甲基甲酰胺、分析纯的四氢呋喃或分析纯的三氯甲烷等，具体可选自其中的一种溶剂或两种溶剂形成混合溶剂。

(2)将上述聚合物A的溶液作为静电纺丝前驱体溶液，置于电纺设备的注射器中，在注射器的金属喷丝头与接收基底之间施加高压静电场，高压静电场电压为10～35KV，金属喷丝头的直径为0.4mm～1.8mm，接收基底为无纺布、钢丝网、铝箔等。调整金属喷丝头与接收基底之间的距离为10～35cm，施加的高压静电场使电纺前驱体溶液在静电作用下产生射流，在接收基底上得到无规排列、均匀覆盖的电纺纤维膜。所述电纺纤维膜中纤维直径为150nm～800nm。

(3)配置多巴胺的Tris盐溶液(DOPA-Tris)，调节其呈弱碱性，优选pH值为7.5～8.5。

(4)将磁性纳米粒子加入上述DOPA-Tris盐溶液中，并使磁性纳米粒子在溶液中分散均匀。其中，加入的磁性纳米粒子为铁、钴、镍等磁性氧化物等所述磁性纳米粒子的直径为30nm～80nm。

(5)将步骤(2)制得的电纺纤维膜浸泡在通过步骤(4)制备的含磁性纳米粒子的弱碱性DOPA-Tris溶液中，搅拌反应12h。其中，加入磁性粒子的质量不超过电纺纤维膜质量的50％。过程中，多巴胺在碱性环境中自发聚合，在电纺纤维膜的纤维和磁性纳米粒子表面均能形成一层粘性聚多巴胺膜，将磁性纳米粒子与电纺纤维膜粘附，得到本发明的磁响应高效油水分离纤维膜。