一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法

本发明属于膜分离技术和水处理。

背景技术：

1、随着工业发展，含油废水，尤其是含有表面活性剂的稳定乳化油废水，对生态环境和人类健康构成严重威胁。膜分离技术因其高效、节能、操作简单等优点，在油水分离领域备受关注。其中，静电纺丝纳米纤维膜因具有高孔隙率、良好的孔道连通性和可调控的润湿性，展现出巨大潜力。

2、目前，应用于油水分离的膜材料主要面临两大挑战：一是膜污染问题，油滴和表面活性剂极易在膜表面和孔道内吸附、沉积，导致渗透通量急剧下降，分离效率降低，运行成本增加；二是结构稳定性问题，特别是以亲水性聚合物为基材的膜，在水相环境中长期运行时易发生溶胀，导致其机械强度下降、孔径分布变宽，分离性能恶化。

3、为缓解膜污染，研究者开发了多种超亲水/水下超疏油膜材料。然而，这些材料多依赖于被动抗污，即通过形成水合层来物理阻隔油滴，对于已发生的污染缺乏有效的原位清除能力。近年来，将tio2等光催化剂引入膜中，赋予其主动自清洁能力成为一种前沿策略。但tio2存在光响应范围窄、光生电子-空穴对易复合等固有缺陷，限制了其在可见光下的自清洁效率，合理设计具有可见光吸收和高效电荷分离的tio2基光催化剂是高效利用太阳能及提高其催化性能的关键。

4、因此，开发一种兼具超浸润抗污染特性、高结构稳定性以及高效可见光催化自清洁能力的新型油水分离膜，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明要解决现有油水分离膜易污染、结构稳定性差及光自清洁效率低下的问题，进而提供一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法。

2、一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，它是按以下步骤进行的：

3、一、将pvp、单宁酸和fecl3溶解于有机溶剂中，得到纺丝液；

4、二、在正电压为10kv~15kv、负电压为-1kv~ -3kv、接收距离为40cm~50cm及推进速度为0.0005mm/s~0.0020mm/s的条件下，利用纺丝液进行静电纺丝，在接收装置上收集得到自支撑的纳米纤维基膜；

5、三、将自支撑的纳米纤维基膜浸渍于植酸水溶液中，室温下静置，取出后清洗，得到pa交联的纳米纤维膜；

6、四、将pa交联的纳米纤维膜浸渍于fecl3水溶液中，在温度为20℃~60℃的条件下原位生成铁基配位活性纳米颗粒，得到负载铁基配位活性纳米颗粒的纳米纤维膜；

7、五、将负载铁基配位活性纳米颗粒的纳米纤维膜浸渍于钛酸四丁酯的醇水溶液中，室温下静置，原位生成非晶态tio2纳米颗粒，最后清洗及干燥，即得到具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜。

8、本发明的有益效果是：

9、本发明制备的膜表面具有超亲水性和水下超疏油性，对油滴具有极低的粘附力，实现了被动抗污。更重要的是，在可见光照射下，膜表面的铁钛双金属纳米复合催化剂可高效促进h2o2产生自由基，降解附着在膜表面的油污，实现主动自清洁。经过5min的光芬顿处理，纯水通量恢复率高达92.22%，远高于单纯水力反冲洗的47.06%。

10、本发明通过纺丝液中原位引入fe3+形成金属-多酚配位键，以及后处理中利用pa构建多重氢键和配位键的双交联网络，有效解决了pvp基膜易溶胀的问题。与未使用pa交联的膜相比，本发明的膜在连续30min的油水乳液分离中，通量下降缓慢，截留率始终稳定在99.60%以上，表现出优异的长期运行稳定性。

11、本发明通过fe3+配位网络与钛酸四丁酯（tbt）原位水解的协同作用，室温条件下在纤维表面构建了铁钛双金属纳米复合催化剂，避免了传统高温煅烧结晶工艺，实现了光-芬顿协同自清洁功能。实验表明，该膜在35min内即可将10mg/l的亚甲基蓝（mb）溶液完全降解，而单独负载铁基配位活性纳米颗粒或tio2的膜在60min内均无法完全降解，证明其具有出色的光芬顿催化效率。

12、本发明采用静电纺丝结合分步原位浸泡法，工艺条件温和，不涉及复杂设备和苛刻反应条件，易于实现规模化生产。各步骤的参数均可根据需要进行优化，以获得最佳性能。

1.一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：

2.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按体积比为(2~4):1的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的纺丝液中pvp的质量百分数为8%~12%，单宁酸的质量百分数为8%~12%，fecl3的质量百分数为0.5%~2%。

4.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的植酸水溶液中植酸的质量百分数为7%~13%。

5.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤三中在室温下静置0.5h~2h。

6.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤四中所述的fecl3水溶液中fecl3的质量百分数为0.6%~1.2%。

7.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤四中在温度为20℃~60℃的条件下，水浴静置12h~24h，原位生成铁基配位活性纳米颗粒。

8.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤五中所述的钛酸四丁酯的醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:(0.5~2)；步骤五中所述的钛酸四丁酯的醇水溶液中钛酸四丁酯的质量百分数为0.6%~1.2%。

9.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤五中室温下静置12h~24h。

10.根据权利要求1所述的一种具有光芬顿自清洁性能的超浸润超分子基纳米纤维膜的制备方法，其特征在于步骤三及五中所述的清洗均为用去离子水冲洗。