一种紫外光驱动可转换润湿性的纳米纤维膜的制备方法与流程

1.本发明涉及纳米纤维材料制备领域，更具体的说是一种紫外光驱动可转换润湿性的纳米纤维膜的制备方法。


背景技术：

2.近年来由于海洋石油泄露和工业废水排放造成的环境污染日益严重，废水的处理量逐渐提高，废水的传统分离办法主要为物理处理法和化学处理法，其中物理处理法包括重力分离和离心分离等，化学处理法如燃烧法等，这种传统分离法耗能高且效率低并易造成二次污染。
3.针对上述缺陷，选择性超浸润膜分离方式具有效率高、环境友好、可重复性和特殊选择性等特点，在油水分离应用中具有独特优势。具有单一润湿性的超浸润膜如超疏水超亲油膜、超亲水水下超疏油膜和超亲水超疏油膜等。这些超浸润膜能分别以“通油阻水”或“通水阻油”的方式分离不混溶油水混合物和乳液。
4.虽然选择性超浸润膜分离方式具有诸多优点，但对于更复杂油水环境，需要即时改变润湿性和“通油”或“通水”的分离方式以实现按需分离，只具有单一选择润湿性难以满足要求。因此开发可转换润湿性的超浸润膜具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明提供一种紫外光驱动可转换润湿性的纳米纤维膜的制备方法，目的是可以转换超浸润膜的润湿性。
6.上述目的通过以下技术方案来实现：
7.一种紫外驱动可转换润湿性的超浸润纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、取全氟辛基三甲氧基硅烷加入至无水乙醇中进行水解，加入p25-tio2颗粒进行搅拌获得溶液ⅰ，将所述溶液ⅰ进行挥发获得干燥的tio
2-pfos颗粒固体块，最后将所述固体块制成细碎状态以获得氟化tio2颗粒；
9.s2、将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按比例混合，加入pvdf-hfp进行搅拌直至完全溶解获得溶液ⅱ，将所述氟化tio2颗粒加入到所述溶液ⅱ中进行搅拌获得静电纺丝溶液；
10.s3、将所述静电纺丝溶液进行静电纺丝，n,n-二甲基甲酰胺和丙酮在纺丝过程中挥发，留下pvdf-hfp-tio
2-pfos纳米纤维膜，将所述纳米纤维膜进行加热烘干表面残留溶剂，即得目标物紫外光驱动可转换润湿性的超浸润纳米纤维膜。
附图说明
11.图1显示了；
12.图2和3显示了本发明所制备的紫外光驱动可转换润湿性的纳米纤维膜的sem图像；
13.图4显示了静电纺丝溶液不同tio2含量和静纺电压下所制得纳米纤维膜对应疏水
角变化曲线；
14.图5显示了所述纳米纤维膜经不同紫外照射和加热处理后疏水角大小与ftir图像曲线；
15.图6显示了所述纳米纤维膜在紫外照射前不同油和水在其表面的图像，及空气中油和水接触角图像；
16.图7显示了所述纳米纤维膜在紫外照射后不同油和水在其表面的图像，及水下油接触角和空气中水接触角图像；
17.图8显示了所述纳米纤维膜紫外-加热循环下水接触角变化曲线；
18.图9显示了所述纳米纤维膜在紫外-加热循环下水接触角变化图像；
19.图10(a)、图10(b)为所述纳米纤维膜分别在紫外照射前后以通油阻水和通水阻油方式分离分层油水混合物示意图；
20.图10(c)、图10(d)为所述纳米纤维膜分别分离油包水乳液和水包油乳液的效果对比照片；
21.图10(e)为所述纳米纤维膜分离分层油水混合物的分离效率；
22.图10(f)为所述纳米纤维膜分离油包水乳液分离效率。
具体实施方式
23.一种紫外驱动可转换润湿性的超浸润纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
24.步骤一、氟化tio2颗粒的制备：取全氟辛基三甲氧基硅烷(pfos)加入至无水乙醇中搅拌水解10min，二者质量比为1.7比10，在磁力搅拌情况下加入p25-tio2颗粒，常温下连续搅拌1小时获得液体ⅰ，之后将液体ⅰ置于蒸发皿中并放入烤箱，90℃加热1h左右，直至溶剂完全挥发后取出，得到干燥的颗粒固体块tio
2-pfos，再将干燥的颗粒固体块tio
2-pfos放入研磨钵中研磨细碎后获得氟化tio2颗粒备用；
25.步骤二、静电纺丝溶液的制备：将n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和丙酮按比例混合搅拌，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)与丙酮的质量比为7比3，在磁力搅拌的情况下加入pvdf-hfp获得溶液ⅱ即无粉末静电纺丝液，此时以质量百分含量计，溶液ⅱ中的pvdf-hfp含量为10％，在常温条件下持续搅拌1小时左右，直至完全溶解。氟化tio2颗粒在剧烈搅拌的情况下逐渐加入到静电纺丝液中，连续搅拌2h以上，以获得静电纺丝溶液，此时以质量百分含量计，静电纺丝溶液中tio
2-pfos含量为2.9％～16.5％。
26.步骤三、超浸润纤维膜的制备：取步骤二所得静电纺丝溶液置于5ml医用注射器中进行静电纺丝；静电纺丝电压为12kv～24kv，医用注射器针头与接收器之间的距离为15cm，静电纺丝溶液的流速控制为1ml/h，接收器采用高速旋转圆桶铝箔接收器，转速为100转/min，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和丙酮在纺丝过程中挥发，滚筒终端留下纳米纤维膜。将纤维膜揭下后加热烘干表面残留溶剂，即得目标物紫外光驱动可转换润湿性的超浸润纳米纤维膜；
27.其中，不同氟化tio2在静电纺丝溶液中含量，按质量百分数计算为：0％，2.9％，9.0％，13.1％，16.3。静电纺丝电压分别对应为：12kv，15kv，18kv，21kv，24kv。
28.例如，量取1000ul全氟辛基三甲氧基硅烷，在磁力搅拌下加入到100ml乙醇中，常温下磁力搅拌10分钟水解。随后在此溶液中加入10gp25-tio2粉末，在常温下磁力搅拌1小
时。随后将此溶液倒入蒸发皿中，放入烤箱以90℃加热1小时左右直至溶剂全部挥发。取出干燥的氟化粉末，放入研磨钵中研磨成细碎粉末后收藏备用。称取21gdmf和9g丙酮于50ml烧杯中混合搅拌，再称取3.3gpvdf-hfp加入此溶液，常温下磁力搅拌1小时直至完全溶解。随后取已制备好的氟化tio2粉末若干克(0g，1g，3.3g，5g，6.5g)在磁力搅拌下逐渐少量分次加入pvdf-hfp静电纺丝液中，常温下磁力搅拌超过2小时，形成静电纺丝溶液。将上述静电纺丝溶液置于5ml医用塑料注射器中，注射器上配有0.5mm直径不锈钢针头。针头与接收滚筒之间的距离为15cm，注射器的推进速度为1ml/h，静电纺丝电压设定为特定值(12kv，15kv，18kv，21kv，24kv)，滚筒旋转速度为100r/min。纺丝结束后，铝箔表面形成一层pvdf-hfp-tio
2-pfos纳米纤维膜。取纤维膜置于烤箱中60℃烘干5～6小时，即得紫外驱动可转换润湿性的超浸润纳米纤维膜。
29.纳米纤维膜在原本状态下具有超疏水超亲油性，水接触角wca大于150
°
，将此膜以不锈钢网作为支撑覆盖其上，可直接以“通油阻水”方式分离分层油水混合物和油包水乳液。将此膜置于紫外灯下1cm处，照射2～10分钟后，可从超疏水超亲油状态转变为超亲水水下超疏油状态，水下疏油角大于160
°
，将此膜置于不锈钢网上作为支撑可直接以“通水阻油”方式分离分层油水混合物和水包油乳液。将紫外照射后的纳米纤维膜放入烤箱中以90℃加热10～30分钟后，润湿性可恢复为超疏水。此紫外-加热循环可重复进行超过15次。
30.本发明的制备方法具有操作简单、高分离效率和环境友好等特性，选择了具有优良化学稳定性和耐污染性的pvdf-hfp聚合物材料，以及氟化物改性的tio2颗粒，通过静电纺丝液中pvdf-hfp/dmf/丙酮/tio
2-pfos中tio
2-pfos含量以及静电纺丝电压的控制，制备了具有可紫外驱动转换润湿性的超浸润纳米纤维膜。并研究了粉末含量和电压对纤维膜润湿性和光致转变的影响并将其应用于油水分离。
31.其中，中所用pvdf-hfp材料购置于sigma-aldrich公司，n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和丙酮购置于当地百大实验器材器材部，p25-tio2购置于天津佰玛科技有限公司，全氟辛基三甲氧基硅烷购置于上海麦克林生化科技有限公司。
32.其中，本发明拍摄的sem图片由赛默飞提供的scios2型扫描电镜获得，ftir图像由天津港东科技股份有限公司提供的ftir-650s型红外光谱仪获得,油中水含量由mkc-710b型卡尔费休水分测定仪测得。