本发明专利技术涉及一种基于静电纺和自组装技术的复合纳滤膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。该复合膜具有三层复合结构，顶层为超薄致密分离层，中间为采用层层自组装改性的静电纺纳米纤维层，底层为无纺布支撑层。本发明专利技术利用聚电解质层层自组装技术对静电纺纳米纤维膜表面进行改性，缩小了纳米纤维膜表面的孔径，并结合相转变技术，制备出新型纳滤膜，该膜采用纳米纤维膜层取代了传统膜的多孔亚层，保留其表层超薄致密分离层。本发明专利技术涉及的聚电解质层层自组装改性方法，有效解决了铸膜液渗透纳米纤维层的问题，制备出的纳滤膜具有节能、高通量的特点，在苦咸水淡化、超纯水制备等领域有着巨大应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于膜分离
。该复合膜具有三层复合结构，顶层为超薄致密分离层，中间为采用层层自组装改性的静电纺纳米纤维层，底层为无纺布支撑层。本专利技术利用聚电解质层层自组装技术对静电纺纳米纤维膜表面进行改性，缩小了纳米纤维膜表面的孔径，并结合相转变技术，制备出新型纳滤膜，该膜采用纳米纤维膜层取代了传统膜的多孔亚层，保留其表层超薄致密分离层。本专利技术涉及的聚电解质层层自组装改性方法，有效解决了铸膜液渗透纳米纤维层的问题，制备出的纳滤膜具有节能、高通量的特点，在苦咸水淡化、超纯水制备等领域有着巨大应用前景。【专利说明】
本专利技术涉及一种复合纳滤膜及其制备方法，具体涉及，利用聚电解质层层自组装(LBL)技术改性静电纺纳米纤维，并结合相转变制备复合纳滤膜，属于膜分离
。
技术介绍
纳滤膜的具体定义为操作压力不大于1.50MPa，截留分子量在200?1000，对NaCl的截留率不超过90%的膜可认为是纳滤膜。纳滤是20世纪70年代中后期开发的一种新型分离过程，对一、二价离子有不同的选择性，对小分子有机物具有较高的截留率，在90年代得到了迅速的发展，在海水及苦咸水淡化、污水和废水的处理和回收、超纯水制备等领域得到了广泛的运用，是近20年来发展起来的一种新型分离技术。 目前，国内外制备纳滤膜的方法有很多，主要有相转化法、界面聚合法、表面接枝技术等。人们对纳滤膜的分离性能，主要是纳滤膜的分离层的研究比较多，也比较成熟，但随着人口的激增，资源能源的短缺，纳滤技术面临着一个问题:由于这些纳滤膜中起到支撑作用的亚层比较致密，孔隙率较低，导致膜通量较低，运作成本较高。但与此同时，静电纺纳米纤维由于其制备方法简单有效，具有高空隙率，内孔交错连通的特点，成为制备新型纳滤膜的一个突破口，引起了人们广泛的注意。其实，早在2007年，美国的Benjamin Chu课题组将纳米纤维膜作中间层，成功地将静电纺纳米纤维膜应用到超滤领域，并申请了专利(W02007/001405A2)。该复合膜具有以下3层结构:(I)顶层超薄活性分离层，(2)中层纳米纤维层以及(3)底层无纺布层。顶层和中间纳米纤维层主要承担膜的分离性能，底层无纺布提供膜的机械性能。与传统超滤膜相比，该复合膜具有高通量，低能耗的特点，说明了静电纺纳米纤维膜在膜分离领域的巨大应用前景。此后，各种以纳米纤维膜作为亚层的复合纳滤膜在科研领域也得到了很大的发展，如专利CN102139187A和专利W02008118228-A2公开了一种以静电纺丝纤维膜为支撑层制备复合纳滤膜的方法，其上的分离层包括界面结合的方法以及官能团改性的方法。近期，新加坡国立大学Subramanian等(Desalinat1n,2012)也讨论了纳米纤维膜在水过滤领域的应用。但目前，多数纳米纤维复合纳滤膜的上层分离层都为通过界面聚合制得的聚酰胺层，该类复合膜的制备工艺较为复杂，成本较高，并且聚酰胺层的耐氯耐碱能力较弱，从而导致酰胺基团的降解，引起膜性能的下降。因此，有必要研究一种制备方法更为简单，成本较低以及稳定性较好的复合纳滤膜。于此看来，相转变法也是一种重要的制备超滤/纳滤膜的方法，但现在却少有关于相转变技术与静电纺技术结合制膜的报道。原因是静电纺纳米纤维交错形成的孔径难以小于lOOnm，铸膜液极易渗入纤维孔中，造成堵孔现象，影响通量，甚至无法在纤维表面形成致密分离层。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于静电纺和自组装技术的复合纳滤膜。 本专利技术基于静电纺和自组装技术的复合纳滤膜，具有三层复合结构，顶层为超薄致密分离层，中间为采用层层自组装改性的静电纺纳米纤维层以及底层为无纺布支撑层。 所述的纳米纤维层取代传统膜的多孔亚层，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚丙烯腈(PAN)等适用于水过滤的高聚物组成，静电纺纳米纤维的直径为400?100nm,所述的纳米纤维层厚度为50?100 μ m。 层层自组装(Layer-by-layer self assembly, LBL)改性为聚电解质层层自组装改性，将纳米纤维层交替浸入聚阳离子溶液和聚阴离子溶液，每次浸溃时间为3?lOmin，组装层数为3?6层。 所述的聚阳离子溶液为壳聚糖(CHI)、聚丙烯胺(PAH)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMAC)等的溶液，所述的聚阴离子溶液为海藻酸钠(ALG)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚乙烯基磺酸(PVS)等的溶液。 所述的聚阳离子溶液和聚阴离子溶液的浓度范围均在0.201?0.215g/300ml H2O之间。 所述的超薄致密分离层由适用于相转变制膜的高分子材料，如聚醚砜、聚砜、醋酸纤维素等组成，分离层厚度约为5?10 μ m。 无纺布支撑层的厚度为100?200 μ m。 本专利技术还提供了一种上述基于静电纺和自组装技术的复合纳滤膜的制备方法，基于静电纺技术制备出纳米纤维膜，利用聚电解质层层自组装技术对其改性，缩小膜表面孔径，并结合相转变制膜技术，用纳米纤维层取代原传统膜的多孔亚层，保留表层超薄分离层，制备出新型复合纳滤膜。 本专利技术复合纳滤膜的具体制备过程，包括如下步骤: ( I)纳米纤维膜的制备: 采用适用于水过滤的高分子聚合物溶解在溶剂中，搅拌获得纺丝液，并通过静电纺丝得到静电纺纳米纤维膜； (2)热压定型: 将步骤(I)得到的纳米纤维膜和无纺布膜置于热压机中进行热压定型，得到纳米纤维/无纺布膜； ( 3 )聚电解质层层自组装改性: 将步骤(2)得到的纳米纤维/无纺布膜浸入聚阳离子溶液，之后再浸入聚阴离子溶液，重复以上的处理过程3?6次之后将膜在室温下晾干待用； (4)相转变制膜: 将步骤(3)得到的改性纳米纤维/无纺布膜置于平板上，运用刮刀在改性纳米纤维/无纺布膜上刮制铸膜液，预蒸发，之后将膜浸入凝固浴，待彻底相分离后，将膜重新浸入去离子水，最后进行热处理。 步骤(I)中，所述的高分子聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)等适用于水过滤的高聚物；通过静电纺制成的纤维直径为400?100nm之间可调的电纺纤维膜层，纳米纤维膜厚度未经热压前约为50?100 μ m。 步骤(2)中，纳米纤维膜通过热压与无纺布膜粘合到一起，热压定型的温度为80?120°C，压力为0.1?0.5MPa，时间为60?300s。无纺布膜的厚度为100?200 μ m。 步骤(3)中，聚阳离子溶液为壳聚糖(CHI)、聚丙烯胺(PAH)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMAC)等溶液，聚阴离子溶液为海藻酸钠(ALG)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚乙烯基磺酸(PVS)等溶液，每次在聚阳离子溶液或聚阴离子溶液中的浸溃时间为3?1min,组装层数为3?6层。 聚阳离子溶液或聚阴离子溶液的浓度范围在0.201?0.215g/300ml H2O之间，聚阳子溶液用乙酸调节PH至3。 步骤(4)中，铸膜液为聚醚砜、聚砜、醋酸纤维素等的溶液，铸膜液浓度范围在23?30wt%之间，在改性后的纳米纤维膜上刮制的厚度为10?30 μ m，预蒸发时间为2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于静电纺和自组装技术的复合纳滤膜，其特征在于：具有三层复合结构，顶层为超薄致密分离层，中间为采用层层自组装改性的静电纺纳米纤维层，底层为无纺布支撑层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王娇娜，李从举，章淼鑫，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。