[发明专利]具有非对称浸润性的复合纤维膜及其制备方法和在油水分离中的应用

说明书

具有非对称浸润性的复合纤维膜及其制备方法和在油水分离中的应用，涉及高分子复合材料技术领域。通过超声诱导酸化碳纳米管（ACNTs）吸附到热塑性聚氨酯（PU）纳米纤维表面，通过多巴胺在复合纤维膜表面的自聚合制得超亲水的PDA/ACNTs@PU复合纤维膜。随后在另一侧静电纺丝上一层PU纳米纤维膜，最后在超亲水膜一侧用双面防水胶带密封，并再次通过超声烧结作用将碳纳米管吸附于PU纤维膜表面，以进一步提高其疏水性。本发明的复合纤维膜具有非对称超浸润性能，一侧水接触角可达0°，而另一侧可达144°，并且具有良好的力学性能。此外，本发明的非对称浸润性复合纤维膜对于多种油水混合物都具有良好的分离效果。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域。

背景技术

石油泄漏和工业及生活含油废水的随意排放严重威胁着生态环境并威胁着人体健康。静电纺丝膜具有成本低、质轻、多孔和具有三维网络结构的特性，在油水分离方面表现出良好的性能。碳纳米管由于其三维网络结构、优异的机械、热、多孔和管状结构已被科学家们广泛应用于聚合物基体中，以开发高效的油水分离材料。Yuan等人利用PVDF和碳纳米管共混静电纺丝制备了一种高性能、低成本的超疏水复合纤维膜用于分离不互溶的油水体系。(K.Wang, T.C. Zhang, S. J.Yuan, etal. Durable CNTs Reinforced PorousElectrospunSuperhydrophobic Membrane for Efficient Gravity Driven Oil/WaterSeparation[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and EngineeringAspects, 608, 2021, 125342.)Wang等人报道了一种可高效分离水包油型乳液的超亲水复合纤维膜，该膜采用了在PAN纳米纤维基体上喷涂和交联超薄超亲水碳纳米管选择性层的制备策略。（M.Tian, Y. Liao, R. Wang, Engineering a superwetting thin filmnanofibrous composite membrane with excellent antifouling and self-cleaningproperties to separate surfactant-stabilized oil-in-water emulsions[J].Journal of Membrane Science,596,2020,117721.）虽然单一润湿性纤维膜已被广泛报道，但是由于它们应用的单一性（只可用于单一类型的油水混合物），未来的应用前景受到了限制。近年来，科学家们开发出了不对称润湿性膜来解决这一问题。Chen等人在CNT膜两侧通过自引发光接枝和光聚合分别引入疏水性聚苯乙烯（PS）和亲水性聚（N,N-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯）（PDMAEMA），该复合纤维膜虽然可以高效地分离多种油水混合物，但是低表面能物质会倾向于向亲水侧扩散，因此耐久性和耐用性得不到保证。(J. C.Gu, P. Xiao,J. Chen, et al. Janus Polymer/Carbon Nanotube Hybrid Membranes for Oil/WaterSeparation[J]. ACS Applied Materials  Interfaces, 6,2014, 16204-16209.) Yin等人通过连续静电纺丝技术将聚乳酸（PLA）/CNTs和PLA/SiO₂先后静电纺丝来制备不对称浸润性纤维膜，该膜使用的混纺工艺使其界面相容性得不到保证，在拉伸过程中力学曲线表现出多段式。(Y. Qin, H.Shen, L. Han, et al. Mechanically Robust Janus Poly(lactic acid) Hybrid Fibrous Membranes toward Highly Efficient SwitchableSeparation of Surfactant-Stabilized Oil/Water Emulsions[J]. ACS AppliedMaterials  Interfaces, 12, 2012, 50879-50888)。