一种膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115463554A(43)申请公布日2022.12.13(21)申请号202210780721.3(22)申请日2022.07.05(71)申请人天津工业大学地址300387天津市西青区宾水西道399号(72)发明人鞠敬鸽陈燕飞史佳丽范一然康卫民黄宇婷张艺璇胡伟(51)Int.Cl.B01D69/12(2006.01)B01D71/60(2006.01)C02F1/44(2006.01)C02F103/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称咸水等水处理领域具有广阔的应用前景。一种膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜的制备方法(57)摘要本发明公开了一种利用静电纺制备PVDF‑HFP/TPU多级结构纳米纤维膜的方法及其膜蒸馏应用，属于膜蒸馏技术领域。所述制备方法是以聚偏氟乙烯‑六氟丙烯(PVDF‑HFP)和热塑性聚氨酯(TPU)为纺丝聚合物原料，通过静电纺丝技术制备多级纳米纤维复合膜。PVDF‑HFP纳米纤维膜具有优异的疏水性能和较低的结晶度；TPU综合性能优越，具有无法比拟的柔性、韧性和抗菌性，而且其独特的硬软段微相结构使得分子链段上同时存在着亲水基团和疏水基团，具有良好的透湿性能。利用静电纺丝技术在PVDF‑HFP纺丝液中混入不同比例的TPU，对膜孔内进行亲水基团修饰，能够制备出兼有高通量和优异机械强力的多级纳米纤维复合膜。本发明所制备的膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜具有高孔隙率和优异的力学性能，在膜蒸馏过程中表现出较高的渗透通量、CN115463554A截留率以及出色的长期稳定性，在海水淡化、苦CN115463554A权利要求书1/1页1.一种膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜，其特征在于，静电纺丝纳米纤维膜内纤维形态良好，分布均匀，未出现断裂串珠和粘结现象，且具有明显的多级结构，纤维平均直径范围在150～250nm之间，纤维膜的孔隙率不小于90％，平均孔径0.2～0.4μm，接触角120°～135°，断裂伸长率80～110％。2.根据权利要求1中所述一种膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取一定量PVDF‑HFP粉末添加至N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合溶剂中，室温下磁力搅拌均匀，得到PVDF‑HFP纺丝液；(2)称取一定量TPU颗粒添加至DMF溶剂中，室温下磁力搅拌均匀，得到TPU纺丝液；(3)将上述步骤(1)和(2)中配置好的PVDF‑HFP和TPU两种纺丝液分别按照一定的质量比进行混合，室温下磁力搅拌至均一，静置除掉气泡待用，得到不同配比的共混纺丝液；采用静电纺丝技术，制得初生PVDF‑HFP/TPU多级纳米纤维复合膜；(4)将上述步骤(3)得到的初生PVDF‑HFP/TPU多级纳米纤维膜进行真空干燥，最终得到PVDF‑HFP/TPU多级纳米纤维膜。3.根据权利要求2中所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述N，N‑二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中两者体积比为3∶1～2∶1，溶解温度为室温，溶解时间为1～5h，制得的PVDF‑HFP溶液的质量分数为6～10wt％。4.根据权利要求2中所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶解温度为室温，溶解时间为3～9h，制得的TPU溶液的质量分数为6～10wt％。5.根据权利要求2中所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述溶剂混合温度为室温，搅拌时间为2～6h，静电纺丝参数为：纺丝电压25～40kV，接收距离16～22cm，纺丝速度0.2～2.0mL/h，纺丝环境温度15～30℃，相对湿度25～40％。6.根据权利要求1中所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述真空干燥温度为45～75℃，时间为20～30h。2CN115463554A说明书1/5页一种膜蒸馏用多级纳米纤维复合膜的制备方法技术领域[0001]本发明属于膜蒸馏系统应用技术领域，具体涉及一种纵向亲水成分修饰膜孔，提高疏水多孔膜蒸馏用纳米纤维膜通量的制备方法。背景技术[0002]膜蒸馏(MD)作为一种非等温膜分离技术，以疏水性多孔膜为分离单元、热进料侧和冷渗透侧之间的蒸汽压力梯度为驱动力，从而实现混合液的分离纯化。与其他膜分离工艺相比，MD工艺具有独特的优点，如理论上100％截留非挥发性分子、较低的操作温度和压力，以及处理高盐废水的能力。由于这些优势，MD有望成为海水淡化、微咸水处理以及水溶液中有机和重金属去除的替代解决方案。然而，在传统MD用膜的制备中渗透通量和截留率难以兼顾，相互制约，降低分离效率，限制了其大规模的商业化应用。[0003]针对膜蒸馏系统的特性，膜的第一个作用是充当将液体/蒸汽界面保持在孔入口处的屏障，所以在膜蒸馏过程中，为防止膜被润湿从而导致功能失效，膜材料必须是疏