具有納米尺度凸起結(jié)構(gòu)的無紡布及其制造方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無紡布領(lǐng)域，具體涉及一種具有納米尺度凸起結(jié)構(gòu)的化學(xué)纖維無紡布及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)化的高速發(fā)展，水資源的狀況日益污染加劇，水資源匱乏和水污染日益嚴(yán)重已成為制約我國社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，膜法水處理技術(shù)是解決資源型缺水和水質(zhì)型缺水問題的重要技術(shù)，高性能膜材料的發(fā)展得到了全球范圍的高度重視，多國政府將膜技術(shù)作為21世紀(jì)高新技術(shù)進(jìn)行研究與開發(fā)，制定了相應(yīng)的研究開發(fā)計(jì)劃，促進(jìn)了膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展。目前全球高性能膜產(chǎn)品的發(fā)展呈現(xiàn)以下幾方面特點(diǎn):膜產(chǎn)業(yè)向高性能、低成本及綠色化方向發(fā)展。
[0003]就目前的大部分商業(yè)微濾，超濾，納濾，反滲透，正滲透以及氣體分離膜制備工藝而言，其均為復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，并采用化學(xué)纖維無紡布作為其支撐基底。雖然由化學(xué)纖維無紡布的制備技術(shù)較為成熟，但化學(xué)纖維表面較光滑。制備過程中，高分子溶液不易浸潤纖維化學(xué)纖維表面，造成其與膜產(chǎn)品功能層之間的粘接性能較差，在膜產(chǎn)品的反洗過程中容易造成膜產(chǎn)品的損壞。所以急需要一種可以提高化學(xué)纖維粗糙度的方法。其中專利CN1316553提到在纖維中加載納米顆粒的方法制備具有納米孔道的化學(xué)纖維無紡布，從而提高其比表面積。但是對(duì)于化學(xué)纖維無紡布作為其支撐基底的應(yīng)用中，高分子溶液的浸潤性較低，很難在有效時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到納米孔道中，所以需要具有納米尺度凸起結(jié)構(gòu)的化學(xué)纖維無紡布以滿足提高化學(xué)纖維粗糙度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種具有納米尺度凸起結(jié)構(gòu)的化學(xué)纖維無紡布及其應(yīng)用于膜產(chǎn)品的技術(shù)方案，用于解決微濾，超濾，納濾，反滲透，正滲透以及氣體分離膜的技術(shù)不足，即無紡布與膜產(chǎn)品功能層之間的粘接性能較差。本發(fā)明涉及一種無紡布，所述無紡布具有納米尺度凸起結(jié)構(gòu)，能夠提高無紡布與膜產(chǎn)品功能層的粘接性能。
[0005]本發(fā)明提供一種無紡布，所述無紡布的表面具有納米凸起結(jié)構(gòu)。所述凸起結(jié)構(gòu)與所述無紡布的表面緊密結(jié)合，提高了無紡布表面的粗糙度，增大了無紡布表面的比表面積。
[0006]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述凸起結(jié)構(gòu)為球形凸起，錐形凸起，棒狀凸起，長方體形凸起，針刺形凸起和纖維狀凸起中的至少一種。
[0007]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述凸起結(jié)構(gòu)的平均直徑為I?100納米，凸起的長度為10?1000納米。
[0008]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述無紡布的材料選自丙綸、滌綸、錦綸、粘膠纖維、腈綸、乙綸和氯綸中的至少一種。
[0009]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述述無紡布的比表面積為0.1?1000m2/g。
[0010]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述納米凸起結(jié)構(gòu)由無機(jī)納米材料和/或有機(jī)納米材料構(gòu)成。進(jìn)一步的，所述無機(jī)納米材料選自金屬氧化物，優(yōu)選ZnO、Ti02、AgO、S12和CuO中的至少一種。所述有機(jī)納米材料選自聚苯胺、聚酰胺、聚氯乙烯聚烯烴類、聚砜類、聚醛類、聚醚類和聚酯類中的至少一種。
[0011]本發(fā)明還提供一種上述無紡布的制造方法，包括以下步驟:
[0012]i)提供反應(yīng)器，將用于制備納米材料的原料置于反應(yīng)器中；
[0013]ii)將待處理的無紡布置于反應(yīng)器中，并開始反應(yīng)；
[0014]iii)反應(yīng)后將經(jīng)反應(yīng)處理后的無紡布從反應(yīng)器中取出，并經(jīng)處理后得到表面具有納米凸起結(jié)構(gòu)的無紡布。
[0015]發(fā)明的納米尺度凸起結(jié)構(gòu)可以通過水熱化學(xué)反應(yīng)，高分子聚合，水解法，光刻法，模板法或是物理吸附等方法制備，但不限于這些方法，至少能夠通過反應(yīng)形成納米狀材料即可。
[0016]本發(fā)明還提供了一種分離膜，其包括所述的無紡布。
[0017]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)所述分離膜的制造方法，包括:
[0018]將成膜材料涂覆于所述帶有納米凸起結(jié)構(gòu)的無紡布的表面；然后將所述涂覆有成膜材料的無紡布靜置干燥，使得所述成膜材料在所述無紡布的表面成膜，然后經(jīng)洗滌處理除去殘留溶劑得到所述分離膜。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明提供的無紡布可用與加工微濾，超濾，納濾，反滲透，正滲透以及氣體分離月旲廣品中。
[0021]本發(fā)明的通過在無紡布的表面設(shè)置納米凸起結(jié)構(gòu)提高無紡布糙度，滿足無紡布與膜產(chǎn)品功能層的粘接性能前提下減少無紡布的使用厚度，從而降低了成本。
[0022]本發(fā)明提供的膜在使用過程中需要反洗步驟，利用本發(fā)明的無紡布與膜產(chǎn)品功能層的粘接性能提高從而增加反洗的壓力和進(jìn)水量，減少反洗時(shí)間，從而大幅的增加產(chǎn)品的使用效率。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的范圍并不限于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1
[0025]I)將硝酸鋅(Zn(NO3)2.6H20)和六次甲基四胺(C6H12N4)以等量比溶于水中，按硝酸鋅0.lmol/L配制成反應(yīng)溶液置于反應(yīng)器中。取丙綸無紡布置于反應(yīng)器中，由于六次甲基四胺先發(fā)生水解，生成NH3，接著NH3再次水解生成0H —，而OH一與硝酸鋅中的Zn2+反應(yīng)生成了 Zn(OH)2,Zn(OH)2脫水之后生成ZnO。由于ZnO晶體的生長有各向異性，大多數(shù)沿c軸方向擇優(yōu)生長成納米棒，構(gòu)成了 ZnO納米棒陣列。在反應(yīng)爐中處理后取出用水清洗干凈。此時(shí)丙綸無紡布已經(jīng)具有ZnO的納米凸起結(jié)構(gòu)。所制得的丙綸無紡布比表面積為22.1mVg0
[0026]2)配置超濾膜鑄膜液。將聚砜在80°C下溶解于N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌直到溶解，制得高分子溶液，完全溶解后靜置24h脫泡，聚合物溶液的濃度控制在20wt%。
[0027]3)以相轉(zhuǎn)化法制備超濾膜。將鑄膜液用刮刀均勻分布在制備好的具有ZnO的納米凸起結(jié)構(gòu)的丙綸無紡布表面，初生薄膜在空氣中(25 ±2 °C，相對(duì)濕度40-60%)靜置一段時(shí)間后，將薄膜浸入凝固浴中(凝膠劑為去離子水或去離子水與溶劑的混合物)，10分鐘后將超濾膜取出置于大量去離子水中保存以完全除去殘留的溶劑。
[0028]4)把制備好的復(fù)合膜在0.2MPa的壓力下用聚乙二醇PEG100000溶液進(jìn)行測(cè)試，該膜的純水通量為453L/m2.h，PEG100000的截留率為91.3%。
[0029]5)在2bar的反洗壓力下運(yùn)行I分鐘沒有發(fā)生丙綸無紡布與超濾膜的分離。
[0030]實(shí)施例2
[0031]I)稱取11.4g過硫酸銨溶解于50mL濃度為lmol/L的鹽酸水溶液中(移到后面)。取3.7mL苯胺、50mL濃度為lmol/L鹽酸水溶液、50ml聚乙烯吡咯烷酮和50mL蒸餾水配成混合溶液，在冰水浴條件下電磁攪拌。將用蒸餾水清洗過的滌綸無紡布浸入此混和溶液，溫度穩(wěn)定在(TC左右；滴加過硫酸銨的鹽酸水溶液，聚合反應(yīng)開始。1min后取出滌綸無紡布，用lmo/L的鹽酸水溶液沖洗，去掉粘附在聚苯胺膜表面的反應(yīng)物，并風(fēng)干。此時(shí)滌綸無紡布表面已經(jīng)具有聚苯胺的