一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜及其制备方法

技术领域

本发明属于水过滤材料技术领域，具体涉及一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法，本发明还涉及上述方法制备得到的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜。

背景技术

有限清洁淡水的污染以及对淡水资源的大量需求成为一个全球性的热点问题。因此，寻求一种合适的膜材料及制备过滤膜的方法具有重大的经济和环保效益。

众所周知，有机高分子膜材料广泛地应用于水处理中，然而大部分有机高分子膜材料制备需要使用大量的有机溶剂，造成对环境的污染，且自身大部分具有较强的疏水性，对水中溶解性有机物易产生强烈的吸附作用而使膜污染，这些都成为制约其广泛应用的关键因素。

聚乙烯醇(PVA)具有较好的溶解性和粘度、无毒、生物相容性好、具有突出的粘结力和成膜成纤性，但PVA在耐热、耐水、耐蠕变性等方面存在缺点限制了其的应用。将静电纺PVA纳米纤维膜在高温引发热交联可以很好改善聚乙烯醇不耐水、不稳定的缺点，以解决非水溶性聚合物静电纺使用溶剂、水溶性聚合物不耐水解的问题。

近些年来纳米材料的快速发展为新型过滤膜提供了无限可能，完全可以缓解甚至解决目前存在的一些环境问题。其中石墨烯和石墨烯衍生物，如氧化石墨烯(GO)因其独特的化学物理性质，超薄的二维层状结构、强大的比表面积和大量官能团，同时还兼备多种复合功能，如大通量下的自清洁特性，成为制备过滤膜的一种潜在材料。

为了实现一种环保自清洁的纳米纤维过滤膜，它不仅有较高的过滤效果和水通量，而且还有良好的环保自清洁性。因此我们设计一种复合膜，通过改性的GO，再与PVA通过静电纺丝技术制备成复合纳米纤维膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法，条件温和、生物相容性好、无毒环保。

本发明的目的在于提供上述方法制备得到的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜。

本发明所采用的第一种技术方案是：一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、PVA/SiO

将SiO

步骤2、GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

步骤3、将步骤1中得到的PVA/SiO

步骤4、将步骤2中得到的GO/SiO

步骤5、将步骤1中得到的PVA/SiO

步骤6、将步骤5中得到的夹层结构复合纳米纤维膜放置在热压炉中进行热压热交联，即得。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

步骤1得到的PVA/SiO

步骤2得到的GO/SiO

步骤3、4和5中调整针头距接收器的距离均为15-25cm；纺丝电压均为12-20KV。

步骤6中夹层结构复合纳米纤维膜放置在热压炉后，以速率0.5-2℃/min从室温升至120-140℃，压力为0.02-0.05Mpa，加热时间5-20min，进行热压热交联。

本发明所采用的第二种技术方案是：一种如上述方法制备的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜。

本发明的有益效果是：

1、本发明一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法，条件温和，生物相容性好，无毒环保；所用的材料易得，并且静电纺丝制备方法工艺简单、方便快速。

2、本发明制备得到的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜，过滤效率高、耐水溶性好，具有较高的水通量、良好的自清洁性和环保性。本发明制备的过滤材料，可控和重复性好，过滤效果及水通量高、抗污染性和环保性好等优点在水过滤材料技术领域中有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明制备得到的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、PVA/SiO

将SiO

步骤2、GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

步骤3、将步骤1中得到的PVA/SiO

步骤4、将步骤2中得到的GO/SiO

步骤5、将步骤1中得到的PVA/SiO

步骤6、将步骤5中得到的夹层结构复合纳米纤维膜放置在热压炉中，以速率0.5-2℃/min从室温升至120-140℃，压力为0.02-0.05Mpa，加热时间5-20min，进行热压热交联，即得如图1所示的环保自清洁复合纳米纤维过滤膜。

本发明一种环保自清洁复合纳米纤维过滤膜的制备方法基于的原理是：

1、静电纺丝方法可以得到直径为几十或几百纳米的无序纳米级纤维，无序的纳米纤维无序交织在一起，形成了自支持的网络，以其极大的比表面积和孔隙率、极高的过滤精度等优势而被广泛用于过滤材料。把静电纺纳米纤维产品应用到水过滤技术中，将为制造高精度的过滤材料提供一种新的途径。但现在大多数静电纺丝过滤膜的制备过程中都含有有机溶剂，有机溶剂的残留会对人体及环境造成极大伤害。

2、基于静电纺丝技术，将二氧化硅(SiO

3、夹层结构的“PVA/SiO

4、水溶性PVA纳米材料以低成本的水作为溶剂，制备过程无毒环保。而现在大多数静电纺丝过滤膜的制备过程中都含有有机溶剂，有机溶剂的残留会对人体及环境造成极大伤害。

实施例1

1)PVA/SiO

将SiO

2)GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

3)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离15cm和纺丝电压12KV，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得PVA/SiO

4)将步骤2)中的混合液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离20cm和纺丝电压14KV，收集于步骤3)中包裹PVA/SiO

5)重复步骤3)，将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离15cm和纺丝电压12KV，在GO-SiO

6)将步骤5)制备的夹层结构复合纳米纤维膜，放置在热压炉中，以速率0.5℃/min从室温升至120℃，压力为0.02Mpa，加热时间5min，进行热压热交联，得到耐水型、良好粘结性的复合纳米纤维膜。

实施例2

1)PVA/SiO

将SiO

2)GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

3)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离18cm和纺丝电压14KV，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得PVA/SiO

4)将步骤2)中的混合液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离22cm和纺丝电压16KV，收集于步骤3)中包裹PVA/SiO

5)重复步骤3)，将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离18cm和纺丝电压14KV，在GO-SiO

6)将步骤5)制备的夹层结构复合纳米纤维膜，放置在热压炉中，以速率1℃/min从室温升至125℃，压力为0.03Mpa，加热时间10min，进行热压热交联，得到耐水型、良好粘结性的复合纳米纤维膜。

实施例3

1)PVA/SiO

将SiO

2)GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

3)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离20cm和纺丝电压16KV，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得PVA/SiO

4)将步骤2)中的混合液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离25cm和纺丝电压18KV，收集于步骤3)中包裹PVA/SiO

5)重复步骤3)，将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离20cm和纺丝电压16KV，在GO-SiO

6)将步骤5)制备的夹层结构复合纳米纤维膜，放置在热压炉中，以速率1.4℃/min从室温升至130℃，压力为0.03Mpa，加热时间15min，进行热压热交联，得到耐水型、良好粘结性的复合纳米纤维膜。

实施例4

1)PVA/SiO

将SiO

2)GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

3)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离22cm和纺丝电压18KV，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得PVA/SiO

4)将步骤2)中的混合液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离15cm和纺丝电压20KV，收集于步骤3)中包裹PVA/SiO

5)重复步骤3)，将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离22cm和纺丝电压18KV，在GO-SiO

6)将步骤5)制备的夹层结构复合纳米纤维膜，放置在热压炉中，以速率1.7℃/min从室温升至135℃，压力为0.03Mpa，加热时间18min，进行热压热交联，得到耐水型、良好粘结性的复合纳米纤维膜。

实施例5

1)PVA/SiO

将SiO

2)GO/SiO

将GO粉末通过超声处理使其均匀分散到无水乙醇中，获得GO分散液；然后将纳米粒子SiO

3)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离25cm和纺丝电压20KV，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得PVA/SiO

4)将步骤2)中的混合液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离18cm和纺丝电压12KV，收集于步骤3)中包裹PVA/SiO

5)重复步骤3)，将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离25cm和纺丝电压20KV，在GO-SiO

6)将步骤5)制备的夹层结构复合纳米纤维膜，放置在热压炉中，以速率2.0℃/min从室温升至140℃，压力为0.05Mpa，加热时间20min，进行热压热交联，得到耐水型、良好粘结性的复合纳米纤维膜。

经测试，实施例1-5制备的环保多功能复合纳米纤维过滤膜，具有耐水性、自清洁性、过滤效率高、水通量高、强度高等优点，整个制备过程无毒环保，对于过滤材料的开发和利用具有重大的经济和环保效益。