一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜及制备方法与流程

1.本发明属于过滤技术领域，涉及到一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜的制备方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，微孔膜的应用领域不断扩大，已被广泛应用于食品、医疗、电子、化工等各个领域。
3.聚酰胺（pa，俗称尼龙）是制备微孔膜常用的材料，其具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学品性等，被广泛应用于实验室和工业液体的过滤处理。
4.微孔膜常用的制备方法为相转化法，所谓相转化法就是将聚合物溶液通过一定的物理方法进行溶剂和非溶剂的传质交换，改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构，最终固化成膜。该方法制备的平板膜孔径小、过滤精度高、力学性能优异，由于其孔径分布窄、孔径较小，导致其在过滤一些较大微粒时容易造成滤膜的堵塞，从而影响滤膜的使用寿命。
5.通过静电纺丝制备的纳米纤维是一种具有较小孔径和高孔隙率的多孔材料，静电纺丝技术被认为是制造具有可控形态，结构和功能成分的连续纳米纤维的最通用和最有效的技术。静电纺丝技术是利用高压静电使聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成几十纳米到几微米的纤维膜。制备出的纳米纤维膜具有很高的孔隙率、较小的孔径和良好的互连孔结构。但液体过滤方面，由于其结构特性，过滤精度不够，且纤维膜强度较低，目前单纯的使用静电纺丝制备的纳米纤维膜无法得到较好的应用。
6.因此结合平板膜和纳米纤维膜的特点，在平板膜上通过静电纺丝一层纳米纤维，可有效提高滤膜的纳污性能，从而提高滤膜的使用寿命。应用于更广泛的市场领域。
7.目前，将静电纺丝技术用于滤膜行业的相关研究还较少。
8.中国专利cn112791596a公开了一种兼具耐酸、碱、乙醇的聚偏氟乙烯亲水膜的制备方法，该专利将pvdf与tbac电纺成纳米膜后，在将其进行亲水处理，制备亲水膜，用于液体过滤。该专利虽然采用了静电纺纳米技术，但其过滤精度较低。
9.中国专利cn112978861a公开了一种亲疏水纳滤膜，该滤膜由基底纳滤膜层、疏水纳米纤维膜层和表面亲水改性层构成。该发明工艺复杂，首先利用静电纺丝法将纳米纤维纺在基底纳滤膜层上，再在其表面负载碳纳米管，最后进行改性处理。


技术实现要素：

10.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜的制备方法。
11.本发明的技术方案为：
一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜，包括滤膜层和纳污层，所述滤膜层为高强度大通量的平板尼龙微滤膜；所述纳污层包括上层的尼龙纳米纤维膜与下层的平板尼龙微滤膜。
12.作为优选，所述尼龙纳米纤维膜包括直径在10nm-500nm之间的细纤维以及直径在500nm-1000nm之间的粗纤维，所述细纤维的厚度设置在10-100μm之间，粗纤维的厚度设置在10-100μm之间。
13.作为优选，所述的下层平板尼龙微滤膜孔径大小为0.22um或者0.45um的滤膜，所述的平板尼龙滤膜具有高通量，满足0.22um孔径的滤膜在0.07mpa下，其纯水通量大小不低于6ml/cm2/min，或所述的平板尼龙滤膜具有高通量，满足0.45um孔径的滤膜在0.07mpa下，其纯水通量大小不低于12ml/cm2/min。
14.作为优选，平板尼龙微滤膜为带支撑的高强度滤膜，其拉伸强度为15-20mpa。
15.本发明公开了一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜的制备方法，包括步骤如下：（1）溶液制备：将尼龙切片溶于溶剂中，经过搅拌得到纺丝液；（2）纳污层制备：通过无针静电纺丝机将纺丝液纺在平板尼龙微滤膜表面，依次形成细纤维层和粗纤维层。
16.进一步的，所述步骤（1）中，纺丝材料包括尼龙6、尼龙66的一种或多种。
17.进一步的，所述步骤（1）中，尼龙的分子量为1.5-3万。
18.进一步的，所述步骤（1）中，所述溶剂包括甲酸、乙酸中的一种或多种；进一步的，所述步骤（1）中，细纤维纺丝液的质量分数在10-15%之间，粗纤维纺丝液的质量分数在15-30%之间。
19.进一步的，所述步骤（1）中，搅拌时间为2-12h，搅拌温度为25-65℃。
20.进一步的，所述步骤（2）中，静电纺丝的纺丝电压为50-70kv，接收距离15-35cm。
21.进一步的，所述步骤（2）中，静电纺丝的环境温度在25-30℃之间，湿度在40-70%之间。
22.本发明的有益效果为：（1）本发明在高强度大通量的平板尼龙微滤膜的基础上电纺不同直径的尼龙纳米纤维膜，在保证了滤膜过滤精度的前提下，提高了滤膜的纳污能力；（2）利用静电纺技术制备纳米纤维，制备方法简单，制备工艺可控。
附图说明
23.图1为实施例1中纳米纤维复合尼龙微滤膜的电镜图。
24.图2为实施例2中纳米纤维复合尼龙微滤膜的电镜图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，不构成对其专利的限制。
26.实施例1步骤1：将10g分子量为1.5万的尼龙66切片加入90g的甲酸中，在30℃条件下搅拌6h。得到质量分数为10%的尼龙66静电纺丝液；
步骤2：将上述静电纺丝液纺在平板尼龙微滤膜上。静电纺丝参数为：环境温度26℃，湿度40%。纺丝电压70kv，接收距离20cm，收卷速度0.3m/min；步骤3：将20g分子量为1.5万的尼龙66切片加入80g的甲酸中，在30℃条件下搅拌6h。得到质量分数为20%的尼龙66静电纺丝液；步骤4：将步骤3中的静电纺丝液纺在步骤2制备的纳米纤维膜上，得到纳米纤维复合尼龙微滤膜。其中静电纺丝参数同步骤2。
27.实施例2步骤1：将15g分子量为1.5万的尼龙6切片加入85g的甲酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为15%的尼龙6静电纺丝液；步骤2：将上述静电纺丝液纺在平板尼龙微滤膜上。静电纺丝参数为：环境温度25℃，湿度40%。纺丝电压70kv，接收距离20cm，收卷速度0.1m/min；步骤3：将25g分子量为1.5万的尼龙6切片加入75g的甲酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为25%的尼龙6静电纺丝液；步骤4：将步骤3中的静电纺丝液纺在步骤2制备的纳米纤维膜上，得到纳米纤维复合尼龙微滤膜。其中静电纺丝参数同步骤2。
28.实施例3步骤1：将8g分子量为1.5万的尼龙6切片加入92g的甲酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为8%的尼龙6静电纺丝液；步骤2：将上述静电纺丝液纺在平板尼龙微滤膜上。静电纺丝参数为：环境温度25℃，湿度40%。纺丝电压70kv，接收距离20cm，收卷速度0.1m/min；步骤3：将25g分子量为1.5万的尼龙6切片加入75g的甲酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为25%的尼龙6静电纺丝液；步骤4：将步骤3中的静电纺丝液纺在步骤2制备的纳米纤维膜上，得到纳米纤维复合尼龙微滤膜。其中静电纺丝参数同步骤2。
29.实施例4步骤1：将10g分子量为1.5万的尼龙6切片加入90g的乙酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为90%的尼龙6静电纺丝液；步骤2：将上述静电纺丝液纺在平板尼龙微滤膜上。静电纺丝参数为：环境温度25℃，湿度40%。纺丝电压70kv，接收距离15cm，收卷速度0.2m/min；步骤3：将25g分子量为1.5万的尼龙6切片加入75g的乙酸中，在30℃条件下搅拌4h。得到质量分数为25%的尼龙6静电纺丝液；步骤4：将步骤3中的纺丝液纺在步骤2制备的纳米纤维膜上，得到纳米纤维复合尼龙微滤膜。静电纺丝参数为：环境温度25℃，湿度40%。纺丝电压70kv，接收距离15cm，收卷速度0.1m/min。
30.实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与原始平板尼龙微滤膜的纳污能力以及相对于平板尼龙膜纳污的提高百分率（纳污提高率）结果如下表1，测试条件为：在0.1mpa的压力下，2min后过滤冰红茶的量。
31.表1
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平板尼龙微滤膜实施例1实施例2实施例3实施例4
纳污量88g95g119g101g107g纳污提高率-8.05.2.8!.6%从表1中可以看出在平板尼龙微滤膜上电纺上层尼龙纳米纤维膜，能够有效提高滤膜纳污能力。
32.对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与原始平板尼龙微滤膜的水通量测试结果如下，测试条件为：直径47mm的滤膜圆片（膜片面积9.62cm2），在0.07mpa的压力下，通过100ml水（25℃）的时间。
33.表2 平板尼龙微滤膜实施例1实施例2实施例3实施例4水通量（时间）29.54s30.92s33.01s35.20s30.35s从表中可以看出在平板尼龙微滤膜上电纺上层尼龙纳米纤维膜对原始平板尼龙微滤膜的水通量影响不大。因此，在平板尼龙微滤膜上电纺尼龙纳米纤维膜能够有效提高滤膜的纳污能力，且不影响滤膜的水通量。
34.一种高纳污高强度纳米纤维复合尼龙微滤膜，包括滤膜层和纳污层，所述滤膜层为高强度大通量的平板尼龙微滤膜；所述纳污层包括上层的尼龙纳米纤维膜与下层的平板尼龙微滤膜。
35.所述尼龙纳米纤维膜包括直径在10nm-500nm之间的细纤维以及直径在500nm-1000nm之间的粗纤维，所述细纤维的厚度设置在10-100μm之间，粗纤维的厚度设置在10-100μm之间。
36.所述的下层平板尼龙微滤膜孔径大小为0.22um或者0.45um的滤膜，所述的平板尼龙滤膜具有高通量，满足0.22um孔径的滤膜在0.07mpa下，其纯水通量大小不低于6ml/cm2/min，或所述的平板尼龙滤膜具有高通量，满足0.45um孔径的滤膜在0.07mpa下，其纯水通量大小不低于12ml/cm2/min。
37.平板尼龙微滤膜为带支撑的高强度滤膜，其拉伸强度为15-20mpa。