CN110872741B - 一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜材料，它包括聚丙烯腈纳米纤维膜和聚乙烯醇‑壳聚糖纳米纤维膜，其中聚乙烯醇‑壳聚糖纳米纤维膜由聚乙烯醇纳米纤维丝和壳聚糖球形结节结构所构成。本发明采用静电纺丝技术首先制备聚丙烯腈纤维膜，然后在该膜上继续纺丝得PAN/PVA‑CS复合纳米纤维膜，最后用戊二醛交联固化得最终产品；涉及的制备方法简单、成本低廉、能耗低，有利于工业大规模生产；所得复合纳米纤维膜同时具有水下超疏油和油中超疏水性能，可选择性地处理水包油型乳液和油包水型乳液，并且在乳液分离的过程中能同时吸附去除有机染料，可用于复杂体系的废水处理，适用性广。

Description

一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制 备方法
技术领域
本发明属于功能膜材料技术领域，具体涉及一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
随着我国生态环境部的成立，国家对水污染的监测和治理力度越来越大，而废水中的油污和水溶性有机污染物(例如染料)是污水治理的一大难题。针对含油污水的处理，目前主要包括化学法(包括燃烧法、乳化剂法、凝油剂法)、生物法(活性污泥法、生物膜法、固定化细胞法)和物理法(围栏法、吸附法、膜过滤法)，其中物理方法中的膜分离技术由于具有方法简单、分离效率高、无二次污染、能耗低等优点而被广泛应用于各种污水的处理中。
最近，有研究发现具有水下超疏油性质的膜材料能在重力作用下分离油水混合物，这种材料不仅分离效率高、通量大，而且不需要外力作用，可显著降低能耗，具有重要的应用潜力。特别是一些具有纤维网状结构的水下超疏油膜材料，对难分离的油水乳液具有良好的分离作用。例如Ge等人[ACS Applied Materials&Interfaces 2018,10,16183-16192]报道了一种水下超疏油的多层纤维膜，通过静电纺丝得到两层纤维膜，然后添加有机低聚体和二氧化硅纳米纤维进行聚合反应，从而构建了多级结构的仿生纤维膜，该膜对乳化的含油废水具有高效的分离纯化作用；Zang等人[Journal of Materials ChemistryA2017,5,19398-19405]利用静电纺丝方法制备的具有核壳结构的水凝胶纳米纤维膜同样具有乳液分离能力。专利CN108889140A报道一种不对称润湿性的静电纺丝纤维膜，其中一面为空气中超疏水，一面为空气中超亲水，可选择性地用于油包水或水包油型乳液的分离。上述两个报道都只针对废水中不溶性的油污进行了分离，而对于水溶性的有机污染物没有明显的去除效果。相比之下，Cao等人[ACS Applied Materials&Interfaces 2016,8,3333-3339]制备了可负载于不同底材上的聚多巴胺与聚乙烯多胺共沉积薄膜(PDA/PEPA)，该薄膜表现出水下超疏油的性能，当该薄膜沉积在微滤膜表面上时，既能分离水包油型乳液，也可以吸附水中的有机染料；但是其技术的实现与底材的选择密不可分，当底材换成不锈钢网或海绵时，则丧失了乳液分离和染料吸附的性能。Xiao等人[Chemical EngineeringJournal 2018,338,202-210.]制备的石墨烯/纳米纤维气凝胶同样能用于油水分离和染料吸附。首先用静电纺丝方法得到醋酸纤维素纳米纤维，将其与氧化石墨烯溶液高速搅拌得到混悬液，然后在-50℃下冷冻干燥48h，即得到石墨烯/纳米纤维气凝胶(GNA)。若使GNA能用于乳液分离则还需采用多巴胺(PDA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉淀来对GNA进行改性，从而得到水下超疏油的性能。该材料是以气凝胶的形式存在，不属于膜材料制备领域，且该材料制备过程较为复杂，能耗较高。
综上，目前在复杂体系的废水处理中，特别是同时处理乳液分离和染料吸附的膜材料领域中，存在以下技术难题：如有些膜材料只能用于乳液分离，而不能实现染料吸附；有些膜材料虽可以用于乳液分离和染料吸附，但仅能处理水包油型乳液，而不能处理油包水型乳液。因此，设计一种能分离油包水和水包油型乳液，同时又能吸附水中的有机染料的功能膜材料，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
发明内容
本发明的主要目的在于针对以上技术存在的不足，提供一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜材料，它具有油中超疏水和水下超疏油的性能，并可同时吸附有机染料；有效扩大膜材料在乳液分离的应用范围，并解决目前大部分膜材料只能用于乳液分离的技术问题，对复杂体系的废水处理技术具有重要的推进意义。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，它包括聚丙烯腈纳米纤维膜和聚乙烯醇-壳聚糖复合纳米纤维膜，其中聚丙烯腈纳米纤维膜由聚丙烯腈纳米纤维丝构成，聚乙烯醇-壳聚糖复合纳米纤维膜由聚乙烯醇纳米纤维丝和壳聚糖球形结节结构所构成。
上述方案中，所述聚丙烯腈纳米纤维膜中的纳米纤维丝直径为300-500nm；所述聚乙烯醇-壳聚糖纳米纤维膜中的纳米纤维丝直径为20-100nm。
上述方案中，所述聚丙烯腈纳米纤维膜通过将聚丙烯腈溶液进行静电纺丝而成。
上述方案中，所述聚乙烯醇-壳聚糖纳米纤维膜通过将中聚乙烯醇-壳聚糖混合溶液进行静电纺丝而成。
优选的，所述同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，通过将聚丙烯腈溶液进行静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维膜，然后将聚乙烯醇-壳聚糖混合溶液在聚丙烯腈纳米纤维膜表面进行静电纺丝，制备PAN/PVA-CS复合纤维膜，最后将所得复合纤维膜浸泡至戊二醛溶液中进行交联处理而成。
上述一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈溶解在有机溶剂中，搅拌均匀配制聚丙烯腈溶液；将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，搅拌均匀，然后加入聚乙烯醇粉末，继续搅拌，静置除泡，得均一的PVA-CS溶液；
2)采用静电纺丝技术将聚丙烯腈溶液进行喷丝，得聚丙烯腈纤维膜，然后在聚丙烯腈纤维膜表面继续将PVA-CS溶液进行喷丝，得PAN/PVA-CS复合纤维膜，然后将所得PAN/PVA-CS复合纤维膜浸泡在戊二醛溶液中进行交联反应，取出，烘干，最终得到所述复合纳米纤维膜。
上述方案中，所述聚丙烯腈的分子量为7,000-100,000。
上述方案中，所述有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种。
上述方案中，所述聚丙烯腈溶液的质量浓度为8％-15％。
上述方案中，所述聚乙烯醇的分子量为10,000-100,000。
上述方案中，所述聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为2-20:1之间。
上述方案中，所述PVA-CS溶液中聚乙烯醇的质量浓度为3％-6％。
上述方案中，所述壳聚糖的粘度为200-400mPa·s。
上述方案中，所述聚丙烯腈溶液的静电纺丝条件为：电压为13-20kV，湿度为40％-50％，进样速率为0.6-1.5mL/h，针尖距接收板的距离为15-25cm，电纺时间为4-10h。
上述方案中，所述PVA-CS溶液的静电纺丝的条件为：电压为18-25kV，湿度为30％-40％，进样速率为0.5-1.0mL/h，针尖距接收板的距离为10-20cm，电纺时间为4-10h。
上述方案中，所述戊二醛溶液的质量浓度为4％-10％。
上述方案中，所述交联反应时间为15-60min。
本发明的原理为：
1)本发明采用静电纺丝方法，首先在高压电场作用下将聚丙烯腈溶液进行喷丝，得到具有一定厚度的纤维垫，使膜材料具有良好的机械性能；同时由于聚丙烯腈在空气中表现出随时间变化的亲水性，当这一层膜浸入油液中时，该膜表现出油中超疏水的性质，因而能分离油包水型的乳液；然后在聚丙烯腈纤维膜上对PVA/CS溶液进行喷丝，得到尺度更小的纳米纤维(直径20-100nm)和球形的结节结构，从而构建了多尺度的微观结构并增加了膜的表面粗糙度，这种结构有利于增强材料表面的润湿性，实现水下超疏油性质和水包油型乳液分离的作用；此外，本发明对所得PAN/PVA-CS复合纤维膜进一步用戊二醛进行交联处理，形成交联网状结构，防止膜在水中的溶解，同时交联处理后的聚乙烯醇和壳聚糖上大量的羟基和氨基活性基团得以固定在膜表面，通过氢键作用、离子交换等作用并结合聚合物内部网状结构特征对染料起到吸附作用；同时，其形成的交联网络结构能进一步增强膜的粗糙度，进一步有效提高油中超疏水和水中超疏油的性能。
2)在外加电压下使缓慢注射出的聚丙烯腈液滴带电，在高压静电场中，当聚丙烯腈表面的电荷斥力超过其表面张力后，会在喷头末端的泰勒锥表面高速喷射出聚丙烯腈射流，其经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收板上，形成具有多孔结构的聚丙烯腈纤维膜。
3)聚乙烯醇和壳聚糖混合溶液在高压作用下会有电喷射效应，在膜表面形成球状的结节结构，从而增强了膜表面的粗糙度，促进实现水下超疏油的性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明制备的纳米纤维膜材料能同时分离乳液和吸附有机染料；
2)本发明制备的纳米纤维膜，同时具备水下超疏油性能和油中超疏水性能，能选择性地分离水包油型乳液和油包水型乳液；
3)本发明涉及的制备工艺简单、纤维连续性好、纤维成膜后处理简单、效率高、能耗低；
4)利用聚乙烯醇和壳聚糖混合溶液在高压作用下的电喷射效应，能在膜表面得到具有不同尺度的微观结构，避免加入无机纳米材料造成的易聚集、易脱落等问题。
附图说明
图1为实施例1所得复合纳米纤维膜PVA-CS面的SEM图。
图2为实施例1所得复合纳米纤维膜聚丙烯腈面的SEM图。
图3为实施例3所得复合纳米纤维膜水下己烷接触角图。
图4为实施例4所得复合纳米纤维膜水下石油醚接触角图。
图5为实施例5所得复合纳米纤维膜己烷中水接触角图。
图6为应用例1的O/W乳液分离效果图。
图7为应用例2的含有染料的乳液分离效果图。
图8为应用例3的W/O乳液分离效果图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈(Mw＝90,000)溶解于二甲基亚砜中，均匀搅拌配制质量浓度为8％的聚丙烯腈溶液；将壳聚糖(粘度200-400mPa·s)溶解于10wt％醋酸溶液中，然后加入聚乙烯醇(Mw＝80,000)粉末，搅拌均匀，配制聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1:0.5的PVA/CS溶液，其中聚乙烯醇的质量浓度为6％，静置除泡备用；
2)用注射器吸取20mL聚丙烯腈溶液，设置注射速率1.5mL/h，电纺电压为20kV，电纺接收器与针头之间的距离为20cm，控制湿度为45％，在室温条件下将聚丙烯腈溶液纺丝10h，在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得聚丙烯腈纤维膜；
3)然后将配制的PVA/CS溶液，设置注射速率1.0mL/h，电纺电压为25kV，电纺接收器与针头之间的距离为15cm，控制湿度为35％，室温条件下在聚丙烯腈纤维膜表面纺丝8h，电纺结束后在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得PAN/PVA-CS复合纤维膜；
4)电纺结束后将所得PAN/PVA-CS复合纤维膜用8％戊二醛丙酮溶液浸泡20min，烘干，即得所述复合纳米纤维膜(PAN/PVA-CS膜)。
图1为实施例1所得纳米纤维膜PVA-CS面的SEM图，从图中可以看出，PVA-CS面纳米纤维与球形结节结构交错分布；其中球状颗粒平均直径约为400nm，纳米纤维平均直径为80nm。
图2为实施例1所得纳米纤维膜聚丙烯腈面的SEM图，从图中可以看出，聚丙烯腈面纳米纤维呈无规则排列，其中纳米纤维的平均直径为300nm。
实施例2
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈(Mw＝30,000)溶解于二甲基亚砜中，均匀搅拌配制质量浓度为10％的聚丙烯腈溶液；将壳聚糖(粘度200-400mPa·s)溶解于10wt％醋酸溶液中，然后加入聚乙烯醇(Mw＝100,000)粉末，搅拌均匀，配制聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1:0.03的PVA/CS溶液，其中聚乙烯醇的质量浓度为3％，静置除泡备用；
2)用注射器吸取20mL聚丙烯腈溶液，设置注射速率1.1mL/h，电纺电压为16kV，电纺接收器与针头之间的距离为25cm，控制湿度为40％，在室温条件下将聚丙烯腈溶液纺丝8h，在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得聚丙烯腈纤维膜；
3)然后将配制的PVA/CS溶液,设置注射速率0.6mL/h，电纺电压为25kV，电纺接收器与针头之间的距离为15cm，控制湿度为30％，室温条件下在聚丙烯腈纤维膜表面纺丝8h，电纺结束后在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得PAN/PVA-CS复合纤维膜；
4)电纺结束后将所得PAN/PVA-CS膜用4％戊二醛丙酮溶液溶液浸泡60min，烘干，即得所述复合纳米纤维膜(PAN/PVA-CS膜)。
实施例3
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈(Mw＝60,000)溶解于二甲基甲酰胺中，均匀搅拌配制质量浓度为15％的聚丙烯腈溶液；将壳聚糖(粘度200-400mPa·s)溶解于15wt％醋酸溶液中，然后加入聚乙烯醇(Mw＝50,000)粉末，搅拌均匀，配制聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1:0.3的PVA/CS溶液，其中聚乙烯醇的质量浓度为4％，静置除泡备用；
2)用注射器吸取20mL聚丙烯腈溶液，设置注射速率1.2mL/h，电纺电压为18kV，电纺接收器与针头之间的距离为22cm，控制湿度为48％，在室温条件下将聚丙烯腈溶液纺丝4h，在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得聚丙烯腈纤维膜；
3)然后将配制的PVA/CS溶液,设置注射速率0.9mL/h，电纺电压为20kV，电纺接收器与针头之间的距离为20cm，控制湿度为34％，室温条件下在聚丙烯腈纤维膜表面纺丝10h，电纺结束后在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得PAN/PVA-CS复合纤维膜；
4)电纺结束后将所得PAN/PVA-CS复合纤维膜用6％戊二醛丙酮溶液浸泡40min，烘干，即得所述复合纳米纤维膜(PAN/PVA-CS膜)。
图3为本实施例所得复合纳米纤维膜的水下己烷接触角图，结果表明所得双层纳米纤维膜材料表面的水下油接触角为155.7°，达到了水下超疏油的性质。
实施例4
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈(Mw＝100,000)溶解于二甲基乙酰胺中，均匀搅拌配制质量浓度为12％的聚丙烯腈溶液；将壳聚糖(粘度200-400mPa·s)溶解于20wt％醋酸溶液中，然后加入聚乙烯醇(Mw＝10,000)粉末，搅拌均匀，配制聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1:0.08的PVA/CS溶液，其中聚乙烯醇的质量浓度为5％，静置除泡备用；
2)用注射器吸取20mL聚丙烯腈溶液，设置注射速率1.0mL/h，电纺电压为15kV，电纺接收器与针头之间的距离为15cm，控制湿度为50％，在室温条件下将聚丙烯腈溶液纺丝10h，在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得聚丙烯腈纤维膜；
3)然后将配制的PVA/CS溶液,设置注射速率0.5mL/h，电纺电压为18kV，电纺接收器与针头之间的距离为15cm，控制湿度为37％，室温条件下在聚丙烯腈纤维膜表面纺丝4h，电纺结束后在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得PAN/PVA-CS复合纤维膜；
4)电纺结束后将所得PAN/PVA-CS复合纤维膜用10％戊二醛丙酮溶液浸泡15min，烘干，即得所述复合纳米纤维膜。
图4为本实施例所得复合纳米纤维膜的水下石油醚接触角图，结果表明所得复合纳米纤维膜表面的水下油接触角为159.2°，达到了水下超疏油的性质。
实施例5
一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈(Mw＝85,000)溶解于二甲基亚砜中，均匀搅拌配制质量浓度为10％的聚丙烯腈溶液；将壳聚糖(粘度200-400mPa·s)溶解于20wt％醋酸溶液中，然后加入聚乙烯醇(Mw＝70,000)粉末，搅拌均匀，配制聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1:0.2的PVA/CS溶液，其中聚乙烯醇的质量浓度为5％，静置除泡备用；
2)用注射器吸取20mL聚丙烯腈溶液，设置注射速率0.6mL/h，电纺电压为13kV，电纺接收器与针头之间的距离为20cm，控制湿度为44％，在室温条件下将聚丙烯腈溶液纺丝8h，在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得聚丙烯腈纤维膜；
3)然后将配制的PVA/CS溶液,设置注射速率0.9mL/h，电纺电压为25kV，电纺接收器与针头之间的距离为10cm，控制湿度为40％，室温条件下在聚丙烯腈纤维膜表面纺丝6h，电纺结束后在环境条件下过夜晾置使溶剂完全挥发，得PAN/PVA-CS复合纤维膜；
4)电纺结束后将所得PAN/PVA-CS复合纤维膜用5％戊二醛丙酮溶液浸泡30min，烘干，即得所述复合纳米纤维膜(PAN/PVA-CS膜)。
图5为本实施例所得PAN/PVA-CS膜的己烷中水接触角图，结果表明所得复合纳米纤维膜表面的油中水接触角为153.0°，达到了油中超疏水的性质。
应用例1
将实施例2制备的PAN/PVA-CS复合纳米纤维膜用于乳液分离，具体步骤如下：将1mL己烷加入99mL的去离子水中，超声处理30min后，得浑浊乳液；将所得乳液倒入预先用水润湿的PAN/PVA-CS膜上，PVA-CS层为接触层，分离后可以得到澄清透明的水溶液。
图6是应用例1的O/W乳液分离效果图，左图为分离前的乳液，右图为分离后的乳液，分离后乳液由乳白浑浊状分离后变为澄清透明状。
应用例2
将实施例3制备的PAN/PVA-CS复合纳米纤维膜同时用于乳液分离和染料吸附，具体步骤如下：将1mL己烷加入到99mL刚果红染色的去离子水中，超声处理30min后得到均一的粉色乳液，将其倒入预先用水润湿的PAN/PVA-CS膜上，PVA-CS层为接触层，分离后可以得到澄清透明的水溶液。
图7是应用例2含有染料的乳液分离效果图，左图为分离前含染料的乳液，右图为分离后的滤出液，分离后乳液由粉色浑浊状变为澄清透明状。
应用例3
将实施例5制备的PAN/PVA-CS复合纳米纤维膜用于乳液分离，具体步骤如下：将1mL水加入到99mL的食用油中，超声处理2h后得浑浊的乳液，将所得乳液倒入预先用食用油润湿的PAN/PVA-CS膜上，聚丙烯腈层为接触层，分离后可以得到澄清透明的食用油。
图8是应用例3的W/O乳液分离效果图，右图为分离前的乳液，左图为分离后的乳液，分离后植物油与水的乳浊液变为澄清的植物油。
以上内容是结合具体实施例对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的范围只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下，所做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜，它包括聚丙烯腈纳米纤维膜和聚乙烯醇-壳聚糖纳米纤维膜，其中聚乙烯醇-壳聚糖纳米纤维膜由聚乙烯醇纳米纤维丝和壳聚糖球形结节结构组成；同时具备水下超疏油性能和油中超疏水性能；
所述聚丙烯腈纳米纤维膜中的纳米纤维丝直径为300-500nm；所述聚乙烯醇-壳聚糖纳米纤维膜中的纳米纤维丝直径为20-100nm；
其制备方法包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈溶解在有机溶剂中，搅拌均匀配制聚丙烯腈溶液；将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，搅拌均匀，然后加入聚乙烯醇，继续搅拌，静置除泡，得均一的PVA-CS溶液；
2)采用静电纺丝技术将聚丙烯腈溶液进行喷丝，得聚丙烯腈纤维膜，然后在聚丙烯腈纤维膜表面继续将PVA-CS溶液进行喷丝，得PAN/PVA-CS复合纤维膜，然后将所得复合纤维膜浸泡在戊二醛溶液中进行交联反应，取出，烘干，最终得到所述复合纳米纤维膜；
所述聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为2-20:1；
所述PVA-CS溶液的静电纺丝的条件为：电压为18-25kV，湿度为30％-40％，进样速率为0.5-1.0mL/h，针尖距接收板的距离为10-20cm，电纺时间为4-10h；
交联反应时间为15-60min。
2.权利要求1所述同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将聚丙烯腈溶解在有机溶剂中，搅拌均匀配制聚丙烯腈溶液；将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，搅拌均匀，然后加入聚乙烯醇，继续搅拌，静置除泡，得均一的PVA-CS溶液；
2)采用静电纺丝技术将聚丙烯腈溶液进行喷丝，得聚丙烯腈纤维膜，然后在聚丙烯腈纤维膜表面继续将PVA-CS溶液进行喷丝，得PAN/PVA-CS复合纤维膜，然后将所得复合纤维膜浸泡在戊二醛溶液中进行交联反应，取出，烘干，最终得到所述复合纳米纤维膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为2-20:1。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述PVA-CS溶液中聚乙烯醇的质量浓度为3-6％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液的静电纺丝条件为：电压为13-20kV，湿度为40％-50％，进样速率为0.6-1.5mL/h，针尖距接收板的距离为15-25cm，电纺时间为4-10h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112316494A (zh) * 2020-10-27 2021-02-05 洪月恒 一种应用于分离油水乳液的分离膜的制备方法
CN112726028B (zh) * 2020-12-28 2022-01-07 中南大学 具有粗糙结构的超亲水复合纳米纤维膜及其制备和应用
CN113308799A (zh) * 2021-01-15 2021-08-27 南京林业大学 一种用于水油分离的双层纳米纤维膜及其制备方法
CN113457218B (zh) * 2021-07-13 2022-12-27 扬州大学 一种基于静电纺丝/pva复合水凝胶的油水分离材料及其制备方法
CN113668140B (zh) * 2021-08-20 2022-09-20 安徽工程大学 一种多孔互连结构碳纳米纤维毡及其制备方法和应用
CN113663533A (zh) * 2021-08-30 2021-11-19 中国石油大学(华东) 纳米纤维油水分离膜的制备方法及纳米纤维油水分离膜
CN114134642A (zh) * 2021-12-09 2022-03-04 青岛农业大学 一种新型水过滤自组装静电纺丝纳米纤维膜及其制备方法
CN116714156A (zh) * 2023-06-08 2023-09-08 中国热带农业科学院农产品加工研究所 一种喷霜阻隔膜及其制备方法和抑制橡胶喷霜方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104511045B (zh) * 2013-09-26 2018-09-25 五邑大学 一种含纳米银的聚乙烯醇/壳聚糖纳米纤维膜敷料的制备方法
CN107059251B (zh) * 2017-06-09 2019-11-08 东华大学 具有润湿梯度的单向导湿纳米纤维多层复合膜的制备方法
KR101981313B1 (ko) * 2017-10-25 2019-05-22 광주과학기술원 물/오일 분리를 위한 나노섬유 멤브레인 제조방법
CN107904782B (zh) * 2017-11-10 2020-05-22 安徽工程大学 壳聚糖、聚乙烯醇与聚己内酰胺纳米纤维膜的制备方法
CN109731483B (zh) * 2018-12-26 2020-12-18 中国科学院深圳先进技术研究院 一种多维度亲疏水结构复合纳米纤维膜及其制备方法
CN110205748B (zh) * 2019-04-30 2022-04-01 西南石油大学 一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用

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