【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高分子分离膜制备领域，特别是涉及一种纳米纤维基膜及其制备方法。
技术介绍
1、过滤膜技术中的正渗透(forward osmosis,fo)是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤和反渗透技术，这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点，如低压甚至无压操作，因而能耗较低；对许多污染物几乎完全截留，分离效果好；低膜污染特征；膜过程和设备简单等。在许多领域，特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。目前，现有的过滤膜包括正渗透膜、纳滤膜等为了保证高水通量，其基膜部分都采用亲水材料制备，如专利公开号为cn105727759a中，以使用亲水性材料制备的基膜作为支撑层，并在支撑层上界面聚合形成致密皮层，但是由于基膜部分为亲水性材料，在其形成的孔隙上会生成凹液面，界面聚合之后就会导致皮层凹陷到支撑层中，使膜分离性能下降；同时影响正渗透膜的水通量和盐截留率。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种纳米纤维基膜及其制备方法，具有减少使应用的过滤膜的皮层渗透入基膜空隙中，提高了过滤膜的整体膜的分离性能。
2、为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种制备纳米纤维基膜的方法，包括以下步骤：
3、a)分别制备第一纺丝液和第二纺丝液，其中，所述第二纺丝液中的溶质为疏水性材料；>
4、b)制备具有第一基膜层和第二基膜层的纳米纤维基膜：将第一纺丝液进行静电纺丝获得具有纳米纤维的第一基膜层，和在第一基膜层上对第二纺丝液进行静电纺丝获得具有纳米纤维的第二基膜层；或先对第二纺丝液进行静电纺丝获得具有纳米纤维的第二基膜层，后在第二基膜层上对第一纺丝液进行静电纺丝获得具有纳米纤维的第一基膜层；所述第二基膜层的厚度小于第一基膜层的厚度。
5、优选地，所述制备第一纺丝液的工艺流程为，先将亲水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90°c，干燥2h-10h，然后将亲水性材料粉末加入到第一溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第一纺丝液。
6、优选地，所述制备第二纺丝液的工艺流程为，先将疏水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90°c，干燥2h-10h，然后将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第二纺丝液。
7、优选地，所述制备第二纺丝液的工艺流程中，所述制备第二纺丝液的工艺流程中，将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，还包括再加入一定浓度的表面活性剂，用于调节第二基膜层的纳米纤维的粒径。
8、优选地，所述第一纺丝液含有聚丙烯腈，所述第一溶剂包括1:1重量比的n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺的共溶体系；所述第二纺丝液含有聚偏氟乙烯，所述第二溶剂包括体积比为3:1的n,n-二甲基甲酰胺和丙酮的共溶体系；所述静电纺丝获得基膜的工艺流程为：先将聚丙烯腈(pan)纺丝液在湿度为30％-80％，电压15kv-25kv，纺丝距离12cm-22cm，流速0.05ml/h-3ml/h条件下进行双针电纺2h或4h或6h，获得具有纳米纤维的第一基膜层，再在第一基膜层上进行第二基膜层的制备，第二基膜层的制备通过：将聚偏氟乙烯(pvdf)纺丝液在湿度为30％-80％，电压15kv-25kv，纺丝距离12cm-22cm，流速0.05ml/h-3ml/h条件下，在第一基膜层上进行双针电纺1分钟-1小时制备第二基膜层，从而获得具有纳米纤维的第一基膜层和第二基膜层的基膜，并对该基膜进行热处理。
9、优选地，所述第一纺丝液中聚丙烯腈(pan)的质量百分比为8wt％-14wt％，所述第二纺丝液中聚偏氟乙烯(pvdf)的质量百分比为13wt％-22wt％。
10、优选地，所述表面活性剂为四丁基氯化铵,其浓度为0.001mol/l-0.1mol/l。
11、优选地，所述四丁基氯化铵(tbac)的浓度为0.005mol/l或0.01mol/l或0.015mol/l或0.02mol/l。
12、另一方面，本申请实施例提供了一种纳米纤维基膜，包括纳米支撑层，所述纳米支撑层包括具有亲水性的亲水层和具有疏水性的疏水层，所述亲水层和疏水层由上述的制备基膜的方法制备。
13、优选地，所述纳米支撑层的纤维束完整均匀且无串珠结构；所述纳米支撑层具有相互连通的孔结构，其孔径范围为300nm-1μm。
14、优选地，所述疏水层的厚度小于亲水层，所述疏水层的厚度为150nm-400nm，疏水性为90°-180°。
15、优选地，所述疏水层的纳米纤维直径小于亲水层的纳米纤维直径。
16、本申请所提供的纳米纤维基膜及其制备方法，在基膜设置亲水层和疏水层的双层纳米纤维基膜，且使应用的过滤膜的皮层覆盖在疏水层上，减少了皮层陷入基膜的孔径，减少基膜厚度的增加，获得更薄的皮层，减低了水的传质阻力，保证了高水通量，其平均水通量可保持40lmh-80lmh，平均反向盐通量保持在3gmh-15gmh，特殊盐通量保持在0.08g/l-0.4g/l，由于疏水层中的孔隙上形成凸性液面，使得皮层整体浮在基膜表面，不会渗透在基膜中。
17、另外，本申请所述方法制备的纳米纤维基膜的孔隙数量多且孔隙直径小，其孔隙直径可保持在300nm-1μm，并且在保持高水通量的情况下还能够保持高盐截留率，在1000ppm的nacl溶液中，其盐截率可达97.8％-99％，具有很好的分离性能。
18、另一方面，本申请所述方法制备的基膜应用的正渗透膜在ph值为5～9的条件下，其zeta电位达到-30mv～-45mv，体现了其应用的正渗透膜具有较好的稳定性，颗粒之间的排斥性强，具有良好的抗污性能。
19、另外，本申请通过静电纺丝技术在大孔径的亲水性纳米纤维基膜层上构建薄薄的疏水纳米纤维中间层，并通过表面活性剂调控中间疏水层的厚度、孔径大小，为界面聚合反应提供光滑且平整的反应平面，减少水相溶液中的疏水材料不陷入亲水性的第一基膜层的基底内部，支撑界面反应形成完整的聚酰胺皮层，从而形成完整连续的正渗透膜皮层，提高了由本申请所述纳米纤维基膜所制备的正渗透膜的透水性和选择性。同时，本申请利用静电纺丝法制备纳米纤维基膜，具有低弯曲度、高孔隙率和方便快捷的特点，通过所述纳米纤维基膜制备出的复合正渗透膜能有效降低内浓差极化。
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1.一种制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于所述制备第一纺丝液的工艺流程为，先将亲水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90℃，干燥2h-10h，然后将亲水性材料粉末加入到第一溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第一纺丝液；所述制备第二纺丝液的工艺流程为，先将疏水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90℃，干燥2h-10h，然后将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第二纺丝液。
3.如权利要求2所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于所述制备第二纺丝液的工艺流程中，将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，还包括再加入一定浓度的表面活性剂，用于调节第二基膜层的纳米纤维的粒径。
4.如权利要求3所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于，所述第一纺丝液含有聚丙烯腈，所述第一溶剂包括1:1重量比的N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺的共溶体系；所述第二纺丝液含有聚偏氟乙烯，所述第二溶剂包括体积比为3:1的N,N-二甲基甲酰胺
5.如权利要求4所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于，所述第一纺丝液中聚丙烯腈(PAN)的质量百分比为8wt％-14wt％，所述第二纺丝液中聚偏氟乙烯(PVDF)的质量百分比为13wt％-22wt％。
6.如权利要求3所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于所述表面活性剂为四丁基氯化铵,其浓度为0.001mol/L-0.1mol/L。
7.一种纳米纤维基膜，包括纳米支撑层，其特征在于：所述纳米支撑层包括具有亲水性的亲水层和具有疏水性的疏水层，所述纳米纤维基膜由权利要求1-6任意一项所述的制备基膜的方法制备。
8.如权利要求7所述的纳米纤维基膜，其特征在于所述纳米支撑层的纤维束完整均匀且无串珠结构；所述纳米支撑层具有相互连通的孔结构，其孔径范围为300nm-1μm。
9.如权利要求7所述的纳米纤维基膜，其特征在于，所述疏水层的厚度小于亲水层，所述疏水层的厚度为150nm-400nm，疏水性为90°-180°。
10.如权利要求9所述的纳米纤维基膜，其特征在于，所述疏水层的纳米纤维直径小于亲水层的纳米纤维直径。
...【技术特征摘要】
1.一种制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于所述制备第一纺丝液的工艺流程为，先将亲水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90℃，干燥2h-10h，然后将亲水性材料粉末加入到第一溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第一纺丝液；所述制备第二纺丝液的工艺流程为，先将疏水性材料粉末真空干燥，温度为40℃-90℃，干燥2h-10h，然后将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，并在温度为40℃-90℃搅拌获取均匀的聚合物溶液第二纺丝液。
3.如权利要求2所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于所述制备第二纺丝液的工艺流程中，将疏水性材料粉末加入到第二溶剂中，还包括再加入一定浓度的表面活性剂，用于调节第二基膜层的纳米纤维的粒径。
4.如权利要求3所述的制备纳米纤维基膜的方法，其特征在于，所述第一纺丝液含有聚丙烯腈，所述第一溶剂包括1:1重量比的n,n-二甲基乙酰胺和n,n-二甲基甲酰胺的共溶体系；所述第二纺丝液含有聚偏氟乙烯，所述第二溶剂包括体积比为3:1的n,n-二甲基甲酰胺和丙酮的共溶体系；所述静电纺丝获得基膜的工艺流程为：先将聚丙烯腈(pan)纺丝液在湿度为30％-80％，电压15kv-25kv，纺丝距离12cm-22cm，流速0.05ml/h-3ml/h条件下进行双针电纺2h或4h或6h，获得具有纳米纤维的第一基膜层，再在第一基膜层上进行第二基膜层的制备，第二基...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京宝盛通国际电气工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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