[发明专利]一种可降解Janus膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种可降解Janus膜材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：对膜基材进行超亲水改性处理，获得超亲水膜基材；以及，将两块所述超亲水膜基材相互贴合后进行水润湿处理，之后置于疏水性可降解高分子溶液中进行相反转，从而获得可降解Janus膜材料。本发明提供的可降解Janus膜材料制作工艺简化、原料价廉易得，设备投入少；同时本发明制备的可降解Janus膜材料性能优良，其具有显著的单向输运特性和高的油水分离效率和速率，可应用于口罩、油水分离等领域，并且整个Janus膜材料都是可降解的，不会对环境造成危害。

技术领域

本发明属于功能膜材料技术领域，具体涉及一种可降解Janus膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

Janus膜的概念最初是在2010年左右提出，其两个面具有非对称的特性，表现出传统膜不具有的新功能，可以在传统的膜工艺中实现优异的性能，在所有涉及界面（液体定向输运、电催化、碱离子电池、生物皮肤保护、太阳能蒸发过程等）方面都展示出独特的功能。尤其是Janus膜两面的不对称配置产生的内部驱动力，可以有效改变分离和运输过程。因此Janus膜受到广泛关注，发展迅速，而其制备方法成为该领域的基础，研究者提出了多种制备方法，概括起来形成两种路径，即非对称制备和非对称修饰。非对称制备是最简单的制备Janus膜的方法，基本过程是分开制备Janus膜的两面，然后将其结合起来形成Janus膜。研究者采用连续静电纺丝法制备疏水PU纳米纤维膜，然后在其表面上继续电纺形成亲水性的交联PVA纳米纤维膜，从而制备出PU/PVA Janus膜。同样也有研究者采用连续过滤法，先后过滤疏水和亲水性的纳米管或纳米线到多孔材料基材上，然后揭下来，即形成Janus膜。Zhang等报道了一种共混物溶液，浇铸成膜后，通过分子迁移或不相容体系的相分离形成Janus膜。另一种路径是非对称修饰，即对已成型的膜单面进行不同性质的修饰。Lin等采用POSS修饰涂覆ZnO的纤维膜，然后对单面进行光降解处理以恢复期超亲水性能，从而制备Janus膜。而Wang等采用单面交联的方法，先将棉布浸润到PDMS溶液中，然后对其中一面采用紫外光交联，另一面采用溶剂洗掉PDMS，从而制得Janus膜。Tian等采用单面CVD法，将棉布单面进行全氟癸烷基三氯硅烷蒸汽沉积，形成疏水的一面，而另一面不做处理，保持其本身的疏水性，从而形成Janus膜。由于膜材料的毛细作用，使得修饰材料溶液容易浸入其孔结构中，进而导致两面都被修饰，湿法制备Janus膜难度较大。为解决该难点，Liu等采用高粘度含氟聚合物泡沫来疏水修饰膜材料的单面，含氟聚合物泡沫的高粘度克服毛细作用力，防止膜的两面都被修饰，从而制得Janus膜。而Xu等发展出一种漂浮沉积法，即采用乙醇浸润的PP膜，以防止修饰溶液浸入膜孔结构中，从而漂浮在多巴胺、低分子量的聚乙烯亚胺PEI溶液表面，在接触修饰溶液的一面上沉积亲水性PEI，从而制备Janus膜。上述制备Janus膜的方法，对于非对称制备路径，虽然制备方法简单，两面的厚度等容易控制，但是两面膜之间界面相容性较弱，容易影响膜材料的稳定性，因而对材料之间相容性要求高。而相分离法或分子迁移法对材料选择要求高，适合的混合体系有限，相分离或分子迁移难以控制到实现完全分开。而非对称修饰路径，直接利用成型的膜材料，对单面进行修饰，方法简单。但是已有的修饰法采用的材料通常价格昂贵、有毒、易挥发，通常需要相应的设备辅助修饰过程，难以大规模制备。比如单面光降解法，首先需要用到POSS修饰，还需要单面光降解，需要较贵的POSS和光降解设备。因此提供一种简单的、可规模制备的、可降解Janus膜材料的制备方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可降解Janus膜材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种可降解Janus膜材料的制备方法，其包括：

对膜基材进行超亲水改性处理，获得超亲水膜基材；

以及，将两块所述超亲水膜基材相互贴合后进行水润湿处理，之后置于疏水性可降解高分子溶液中进行相反转，从而获得可降解Janus膜材料。