科创中国
Janus 荷电-梯度孔结构纳滤膜的构筑及分离机制研
发布时间:
2023-11-20
截止日期:2023-11-20
价格 双方协商
地区： 江苏省 常州市 武进区
需求方： 常州**
行业领域
制造业
需求背景
陶瓷膜作为一种新型的分离技术已在化工、医药、食品废水处理等行业得到 广泛的应用。与相应孔结构的已部分工业化的有机纳滤膜相比，陶瓷纳滤膜的制 备难度很大，目前陶瓷纳滤膜所用的支撑体(一般为非对称结构，顶层孔径为 50nm～100nm)的工业化制备技术作为机密为国外少数几个大公司所掌握，文献关 于陶瓷纳滤膜的研究多采用上述商品化的支撑体，直接在其上制备陶瓷纳滤膜目 前世界上只有德国Inopor公司实现了陶瓷纳滤膜(孔径约1nm左右)的工业化生 产。陶瓷纳滤膜的制备通常采用平均孔径为1～5μm的载体为支撑体，通过2～3 层过渡制备孔径为50nm～100nm的膜层，最后在该膜层上制备孔径≤2nm的微孔 膜。由于陶瓷膜的制备过程一般要经过涂膜-干燥-焙烧过程，这就导致采用上 述传统方法至少要制备5层膜才能最终得到孔径小于5nm的陶瓷纳滤膜，这就 给陶瓷纳滤膜的制备和工业化应用带来很大难度。
需解决的主要技术难题
1.现有纳滤膜存在耐溶剂性差、膜渗透/分离性能无法兼容的不足，对耐热、耐溶剂、高渗透/分离性的PPTA纳滤膜材料的开发具有重要意义，目前国内外尚无面向有机溶剂领域应用的PPTA复合纳滤膜
2.开发PPTA多孔分离膜处理复杂污水计划，但未能解决膜强度与通透性兼容问题，未能获得预期结果
3.目前常用的纳滤多孔基膜如聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)等，它们的耐酸碱、耐溶剂性能欠佳，所得纳滤膜无法在此苛刻条件下长时间稳定使用；而聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)的制备难度高，渗透通量低，亲水化改性难度大，且国产原料树脂规模化供应仍受限；无机陶瓷膜的化学和热稳定性优异，但分离精度低，制备成本高，大大限制了SRNF膜在有机溶剂领域分离纯化的应用
期望实现的主要技术目标
期望实现的主要技术目标：
1.需要能够有效调控界面聚合过程中水相单体与油相单体的反应-扩散速率，制得不同结构的表面交联致密分离层，可在保持高分离精度的同时有效提高纳滤膜的有机溶剂渗透性能，同时MOFs的孔道可增加膜的传质通道
2.制备工艺流产短，绿色环保，简单易行，成本低
3.常温下氮气的渗透通量超过1×10-5mol/m2·s·Pa
4.氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛或碳化硅，粒径分布范围为50nm～20μm，平均粒径为***～10μm。
需求解析
解析单位：江苏省常州市 解析时间：2023-11-27
刘春林
常州大学
教授
综合评价
考虑到现有的非织造过滤材料虽然具有较高的过滤效率，但在使用过程中空气阻力会随着容尘量的增大而急剧上升，增大能量的消耗。因此，在本发明中，采用聚丙烯腈为原料，N-N二甲基甲酰胺为有机溶剂，将聚丙烯熔喷无纺布用作基底织物，直接在熔喷布上收集静电纺纤维膜，并通过改变若干个材料变量和环境变量来尝试改变电纺纳米纤维膜结构，同时将多层不同结构的纤维膜进行复合操作，制备梯度复合结构的纤维膜，对其外观，纤维结构和过滤性能等进行了研究。结果表明，通过改变纺丝距离，纺丝浓度，纺丝电压，向纺丝液中添加不同浓度的电解质这四种变量，通过梯度复合的方式制备聚丙烯腈（PAN）/聚丙烯（PP）熔喷布梯度复合膜，适当增加纺丝距离将使纤维直径更小，纺丝液浓度越大纤维直径越粗，纺丝电压越大纤维越细，电解质含量越高纤维直径具有先减小后增大的趋势，经过梯度复合后的静电纺纤维膜显著地改善了普通非织造材料的空气过滤效率，但是也增加了通气阻力，可根据具体需要改变工艺，以便在合理的通气阻力下，提高过滤效率。本发明对制备高效低阻口罩滤芯材料具有重要的参考价值。
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