一种抗油污核壳纳米纤维膜及其制备方法

本发明属于纤维材料，涉及一种抗油污核壳纳米纤维膜材料及其制备方法。

背景技术：

1、海藻酸钠（sa）是一种天然多糖，来源丰富并且具有良好的生物相容性、无毒性和亲水性。sa的分子链中富含羟基和羧酸根基团，使sa具有超亲水性能，在膜的抗污领域具有潜在的应用价值。静电纺纳米纤维具有孔隙率高、孔道连通性好以及厚度可调等结构优点，广泛应用于油水过滤领域的研究。公开文献[pvdf-caalg nanofiltration membraneswith dual thin-film-composite (tfc) structure and high permeation flux fordye removal]通过采用海藻酸钠溶液浸渍静电纺pvdf基底膜来实现抗污，但这些涂敷海藻酸钠的膜结构被严重破坏，孔隙率降低。由于sa是低分子聚合物，不容易进行静电纺丝。公开专利文献(cn 105586716 a)中提供了一种富含海藻酸钠的双组分纳米纤维的制备方法，将海藻酸钠与聚环氧乙烷（或聚乙烯醇）混纺，但其制备的纳米纤维表面为双组分，不是均一组分的海藻酸钠，对纳米纤维膜的浸润性有一定影响。

技术实现思路

1、现有研究通过海藻酸钠浸渍涂敷导致纤维膜结构被严重破坏，而利用静电纺丝法制备的含海藻酸钠的双组分纳米纤维膜，限制了其润湿性的提高。本发明的目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种抗油污核壳纳米纤维膜材料，该核壳纳米纤维膜材料中的壳层为组分均一的海藻酸钠纳米纤维，具有超亲水性能。在进行油水分离时，海藻酸钠的存在使膜表面形成水合层，防止油滴与纤维膜接触，从而达到抗污效果。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征是：首先将聚合物溶解于溶剂中，获得制备核层结构的溶液；然后将水溶性聚合物溶解于水和乙醇的混合溶剂里获得第一溶液，将海藻酸钠溶解于水中获得第二溶液，再将两者按比例混合之后获得制备壳层结构的溶液；随后，采用同轴静电纺丝，得到以聚合物为核，以水溶性聚合物和海藻酸钠为壳的核壳结构纳米纤维；对所制备的纳米纤维膜壳层中的海藻酸钠进行交联，再通过水洗去除水溶性聚合物获得一种以海藻酸钠为壳的抗油污核壳纳米纤维膜。

4、本发明通过同轴静电纺制备核壳结构的抗油污纳米纤维的原因在于：（1）静电纺纤维膜的高孔隙率和连通孔道结构有利于油水分离实际应用；（2）核壳结构中核层的高聚物纳米纤维能增强纳米纤维膜的力学性能，核壳结构的纳米纤维壳层为单一组分、具有超亲水的海藻酸钠纳米纤维。

5、作为优选的技术方案：

6、如上所述的一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，核层结构的聚合物包括但不仅限于聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氨酯和聚醚砜等；壳层结构中水溶性聚合物包括但不仅限于聚环氧乙烷、聚乙烯醇等；核层聚合物溶液浓度为10~20 wt%。

7、如上所述的一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，水溶性聚合物的混合比例中乙醇和水的配比为1：9~3：7。

8、如上所述的一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，水溶性聚合物溶液和海藻酸钠溶液的比例为1：9~5：5；混合溶液的总质量分数为3~5 wt%。

9、如上所述的一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，同轴静电纺丝过程中壳层的聚合物溶液的灌注速度是核层的聚合物溶液的灌注速度的1~1.5倍。

10、如上所述的一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，交联剂为cacl2、fecl3、alcl3、zncl2、bacl2等中的一种，交联剂浓度为0.5~5 wt%。

11、根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种抗油污核壳纳米纤维膜，采用上述任意一种制备方法制备，制得的抗油污核壳纳米纤维膜的水接触角为0~10°；水下油接触角为150~160°；水下油滚动角为5~10°。

12、本发明的有益效果：

13、（1）本发明的核壳结构的纳米纤维膜，核壳结构中核层高聚物增强纳米纤维膜的机械强度，壳层为均一组分的海藻酸钠纳米纤维，从而兼具良好机械性能和润湿性能。

14、（2）相比于现有海藻酸钠/高聚物双组份纳米纤维，本发明的核壳结构的纳米纤维膜中壳层为单一组分的海藻酸钠，由于海藻酸钠其具有超亲水性能，广泛应用于油水分离抗污膜领域。

技术特征：

1.一种抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征是：首先将聚合物溶解于溶剂中，获得制备核层结构的溶液；然后将水溶性聚合物溶解于水和乙醇的混合溶剂里获得第一溶液，将海藻酸钠溶解于水中获得第二溶液，再将两者按比例混合之后获得制备壳层结构的溶液；随后，采用同轴静电纺丝，得到以聚合物为核，以水溶性聚合物和海藻酸钠为壳的核壳结构纳米纤维；对所制备的纳米纤维膜壳层中的海藻酸钠进行交联，再通过水洗去除水溶性聚合物获得一种以海藻酸钠为壳的抗油污核壳纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述制备核层溶液的聚合物为聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氨酯和聚醚砜；聚合物溶液浓度为10~20 wt%。

3.根据权利要求1所述的抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚合物为聚环氧乙烷或聚乙烯醇；所用混合溶剂中乙醇和水的配比为1:9~3:7；水溶性聚合物溶液和海藻酸钠溶液的比例为1:9~5:5；混合溶液的总质量分数为3~5 wt%。

4.根据权利要求1所述的抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述同轴静电纺丝过程中壳层的聚合物溶液灌注速度是核层的聚合物溶液灌注速度的1~1.5倍。

5.根据权利要求1所述的抗油污核壳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所用的交联剂为cacl2、fecl3、alcl3、zncl2、bacl2中的一种，交联剂浓度为0.5~5 wt%。

6.抗油污核壳纳米纤维膜，其特征在于采用权利要求1、2、3、4或5的任意一种制备方法制备，所述抗油污核壳纳米纤维膜的水接触角为0~10°；水下油接触角为150~160°；水下油滚动角为5~10°。

技术总结本发明涉及一种抗油污核壳纳米纤维膜及其制备方法，首先制备核层高聚物溶液，然后制备壳层海藻酸钠和水溶性聚合物混合溶液；最后将核层和壳层纺丝液通过同轴静电纺丝装置，制备得到以聚合物为核，以水溶性聚合物和海藻酸钠为壳的核壳结构纳米纤维；对所制备的纳米纤维膜壳层中的海藻酸钠进行交联，再通过水洗去除水溶性聚合物，制得的核壳结构纳米纤维的壳层为均一组分的海藻酸钠。本发明的方法简单易行，制得的纤维膜具有超亲水性能，可应用于油水分离抗污膜领域。技术研发人员：唐宁,朱威岩,何一凡,贾陈诺瓦,张勇受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17