一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜及其制备方法

本发明涉及一种油水分离膜材料，具体涉及一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜及其制备方法，属于新材料。

背景技术：

1、含油污水的来源广泛、且影响巨大，诸如石油泄漏、机械加工和生活污水产生的含油废水如若处理不当，就会对人类健康和生态系统造成严重危害，因此，针对含油污水的高效、绿色处理已经成为我国可持续发展的必然要求。与传统的油水分离方法相比，膜分离法具有分离能耗低、分离效率高、绿色环保等优势，因而成为研究的热点。

2、目前，膜表面的超亲水性被认为是影响膜材料分离能力的关键因素，通过调节表面微纳结构、增加表面粗糙度、引入亲水性官能团等方法来提高膜材料对油滴的截留能力。然而这种单通道分离策略会使得膜表面被截留的油滴污染物形成阻塞层，从而导致分离通量的迅速衰减直至膜堵塞失效。zheng等人通过将超亲水微孔膜和电场方法相结合，有效地提高了膜材料的分离通量(separation and purification technology,2023,314:123453)。然而，这种方法同样克服不了分离过程中膜内部孔被污染物堵塞的问题。相比之下，双通道分离策略为实现持久的油水分离效果提供了一条新途径。ding等人利用静电纺丝混纺技术构筑了具有独立水/油传输通道的异质纤维膜，促进了油滴在膜内部的沉积、迁移、聚结过程，从而有效提高了膜材料的防污性能(journal of membrane science,2023,673:121484)。然而，该策略会导致膜表面的亲水性急剧下降并失去筛分截留能力，因此仍然存在油滴在膜表面堆积堵塞和膜分离通量下降等弊端。

3、针对上述问题，我们提出一种提高超亲水膜材料抗污能力的新策略，通过在超亲水膜表面的基础上增加油水双通道层，制备了一种具有持久油水分离能力的异质组合多孔纤维膜。该膜材料由皮层和异质层组合而成，上层皮层具有超亲水性，具备对油水乳液中大油滴的截留和筛分能力；下层异质层具有独立的油/水双通道，因此能够促进膜孔内部小油滴的聚结破乳过程，从而提高膜材料的分离和抗污性能。该膜材料可以对多种油水乳液进行高效、持久分离，并且制备方法简单、绿色环保，因此具有极高的应用潜力和市场前景。

技术实现思路

1、本发明目的是提出一种提高超亲水膜材料抗污能力的新策略，并以此制备一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜材料。

2、下面简要阐明本发明的实现过程。首先选用聚丙烯腈(pan)和聚偏氟乙烯(pvdf)分别作为亲水性纤维材料和亲油性纤维的原材料，并通过调控参数配置前驱体溶液；然后利用静电纺丝技术依次制备具有油/水双通道的异质层(下层)和亲水性皮层(上层)；最后，将制备好的组合膜浸泡在氢氧化钠溶液中进行水解，通过引入羟基、羰基等亲水官能团并促进氢键的形成，从而提高皮层表面的超亲水性、增强两层膜之间的结合力。该纤维膜既可以利用超亲水性皮层对乳液中的大油滴进行有效筛分截留，又能够通过油/水双通道作用促进膜孔内部的小油滴进行定向输送与高效聚结，进而实现对多种油水乳液的高效、持久分离效果，并且制备方法简易可行、绿色环保，因此极具应用前景。

3、本发明具体涉及一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜及其制备方法，其通过以下具体步骤实现：

4、(1)配置前驱体溶液：将聚丙烯腈粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺溶液中，制备pan前驱体溶液(10wt％)；将聚偏氟乙烯粉末溶于n-n二甲基甲酰胺和丙酮溶液中(质量比3：2)，制备pvdf前驱体溶液(11wt％)。随后将混合物在40℃下磁力搅拌10h，得到均匀的前驱体溶液。

5、(2)异质层膜的制备：使用2个注射器分别取5ml pan前驱体溶液和5ml pvdf前驱体溶液，并安装22号针头。将注射器安装至静电纺丝设备中，设置注射泵的推进速度为0.05～0.1mm/min，调整注射器针头至转辊接收器的距离为8～15cm，并利用导线将两个注射器针头相连接。随后，在转辊接收器上包覆一层铝箔纸，调整转辊接收器的转速为40～60r/min。将高压电源的正极接于注射器针头，调整电压为5～15kv，将高压电源的负极接于转辊接收器，调整电压为-1～-2kv，纺丝时间持续4～7h。

6、(3)皮层膜的制备：在异质层膜的基础上进行第二次静电纺丝过程。卸掉上一步中的注射器，使用注射器重新取5ml pan前驱体溶液，并安装22号针头。将注射器安装至静电纺丝设备中，注射泵的推进速度、接收器转速等参数均与第(2)步保持相同，纺丝时间持续0.5～2h。纺丝完成后将铝箔纸和纤维膜从静电纺丝装置中取下，将其放置在室温下干燥6h。

7、(4)水解过程：将纤维膜放入2.5mol/l naoh溶液中在40℃环境中浸泡4h以水解膜，随后将其放入2mol/l hcl溶液中在40℃环境中浸泡0.5h以中和多余的碱溶液，最后将膜浸泡在去离子水中进行充分清洗，并放入60℃烘箱中干燥。

8、本发明提出了一种提高超亲水膜材料抗污能力的新策略，并以此利用静电纺丝技术制备了一种具有高效、持久油水分离能力的异质组合纤维膜，制备方法简易安全、绿色环保，在含油污水处理领域具有很好的应用价值。

技术特征：

1.本发明具体涉及一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜及其制备方法，该方法为：

技术总结本发明提供一种具有持久油水分离能力的异质组合电纺纤维膜及其制备方法，属于新材料技术领域。选用聚丙烯腈和聚偏氟乙烯分别作为亲水性纤维材料和亲油性纤维的原材料，利用静电纺丝技术依次制备具有油/水双通道的异质层(下层)和亲水性皮层(上层)；再将制备好的组合膜浸泡在氢氧化钠溶液中进行水解，通过引入羟基、羰基等亲水官能团并促进氢键的形成，从而提高皮层表面的超亲水性、增强两层膜之间的结合力。该纤维膜既可以利用超亲水性皮层对乳液中的大油滴进行有效筛分截留，又能够通过油/水双通道作用促进膜孔内部的小油滴进行定向输送与高效聚结，进而实现对多种油水乳液的高效、持久分离效果，并且制备方法简易可行、绿色环保，因此极具应用价值和市场前景。技术研发人员：祝磊,阎泽琛,曹瑾,卢洪业,孟庆伊,张越,宋梦杰,刘东晓受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/6/11