CN115301086B - 一种全氟聚合物基复合纳滤膜 - Google Patents

一种全氟聚合物基复合纳滤膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全氟聚合物基复合纳滤膜。本发明以全氟聚合物为基膜材料,通过静电纺丝共纺聚酰亚胺与全氟聚合物纤维相互交织,提供刚性支撑,解决全氟聚合物膜难改性,烧结过程收缩严重,结构不可控的问题。利用共纺聚酰亚胺提供了膜表面反应活性位点,构筑基膜与分离层间稳定交联结构,显著改善基膜与分离层界面结合强度,有效延长膜使用寿命。本发明方法易调控,工艺简单,易放大,制得的全氟聚合物基复合纳滤膜可长期用于有机溶剂、高温等苛刻环境中,极大地扩大了纳滤膜的应用范围。

Description

一种全氟聚合物基复合纳滤膜
技术领域
本发明涉及膜技术领域,具体是一种全氟聚合物基复合纳滤膜。
背景技术
纳滤是介于超滤与反渗透之间的膜过程,具有操作压力低、对小分子有机物截留率高、能选择性分离一、二价离子等特点,已广泛应用于工业水处理、饮用水净化、医药废水、垃圾渗滤液处理及海水淡化等领域。
纳滤过程目前主要是集中在水溶液体系,但实际工业流程涉及的多为有机溶剂如甲醇、二甲基亚砜、丙酮和氯仿等的回收与纯化。近年来纳滤在非水体系中的应用日益引起人们的重视,如溶剂脱蜡、汽油脱硫、原油脱酸,药物的分离与浓缩等。上述应用均要求纳滤膜在相应有机溶剂中具有良好的稳定性,确保膜材料不被有机溶剂破坏,并且保持稳定的分离效果。纳滤膜的制备方法最常见的为复合法,即在疏松的多孔基膜上通过涂覆、界面聚合等方法制备致密皮层部分组成复合纳滤膜。但目前常用的高分子纳滤膜基膜如聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等,耐溶剂性能及耐高温性能有限,在实际工业应用中还存在一定局限,是亟待解决的问题。
全氟聚合物如聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯等膜材料除具有良好的力学性能、耐酸碱性能外,还具有良好的耐溶剂性,使用全氟聚合物作为复合纳滤膜基膜材料,制备复合纳滤膜,不仅可以用于有机溶剂等苛刻环境下使用,还可延长纳滤膜使用寿命。
静电纺丝法制备的纳米纤维膜呈纤维交织结构,具有膜孔隙率高,孔径均匀,结构可控等优势。但全氟聚合物“不溶不熔”特性,使其需通过载体辅助成纤,再经高温烧结去除载体得到连续全氟聚合物纤维膜。然而载体去除过程膜会发生严重收缩,导致膜结构可控性降低、膜破裂等问题。且由于自身强疏水性,而复合分离层是亲水性的,直接用作纳滤基膜时,基膜与复合层之间结合强度不足,易发生脱离,严重影响膜使用寿命。
现有技术中,中国专利201510415581.X 通过对聚四氟乙烯膜在氮气氛围下进行等离子体处理,产生活性位点,然后接枝接枝聚丙烯酸,最后将亲水性二氧化钛组装到聚四氟乙烯膜表面,改善膜的亲水性能和耐污染性能,但处理过程复杂,对设备要求高,接枝改性在苛刻条件下的稳定性有限。另外专利202010125724.4以疏水聚四氟乙烯微孔膜为基膜,通过十二烷基苯磺酸钠活化、水相浸渍和油相浸渍后,再通过接枝反应生成大量亲水性的二氧化硅球状物质,得到抗污聚四氟乙烯基复合纳滤膜,但没有解决基膜与分离层结合强度的问题,仍然存在稳定性不足的缺陷。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供了一种全氟聚合物基复合纳滤膜,制备的全氟聚合物基膜不易收缩,结构稳定性好,全氟聚合物基复合纳滤膜基膜与分离层存在稳定的化学交联结构,结合力强,可长期用于有机溶剂、高温等苛刻环境中,极大地扩大了纳滤膜的应用范围。
本发明采用的技术方案的步骤如下:
步骤1、纺丝液配制:
将水溶性聚合物作为纺丝载体与全氟聚合物分散乳液混合均匀得到第一组分纺丝液;合成共纺聚合物纺丝液或将共纺聚合物溶于溶剂中得到第二组分纺丝液。
所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、明胶、海藻酸钠、聚氧化乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种组合,载体聚合物浓度为5~15 wt%,作为全氟聚合物纺丝的牺牲模板。
所述全氟聚合物乳液为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)和四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)分散乳液中的一种或几种组合,优选纺丝级PTFE分散乳液。
所述载体溶液与全氟聚合物分散乳液固含量比为1:2~1:10,优选1:4~1:8;
第二组分纺丝液为合成聚酰胺酸溶液或可溶性聚酰亚胺溶液,或与聚丙烯腈和聚间苯二甲酰间苯二胺中的一种的混合溶液,浓度8~15wt%。
步骤2、全氟聚合物基纤维膜制备:
将步骤1中两种组分纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,设置纺丝参数,以转筒(制备平板膜)或导电细丝(制备中空纤维膜)为接收器,第一组分纺丝液纺制一段时间后,两种组分纺丝液共同纺制一段时间,得到初生平板膜或中空纤维膜,将初生膜置于马弗炉中烧结热处理,得到全氟聚合物基纳米纤维膜。
所述第一组分和第二组分纺丝液采用并排间隔或对称多针头纺丝,喷头比例为1:1~4:1,第一组分纺制0~3 h,第一组分与第二组分共同纺制0.5~5 h。
所述烧结为定长烧结或在张力下烧结,烧结过程初生膜用定位夹持装置固定。
所述烧结程序为:升温速率设1~10 ℃/min,首先100℃下保温0.5~1.5h,然后在230~260℃下保温0.5~1.5 h,最后在300~390℃下保温0.1~5 h,在此过程纺丝载体去除,全氟聚合物粒子熔融粘结成连续纤维,同时聚酰胺酸发生亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维,保留在膜中,纤维与纤维熔接成连续整体。
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:
将步骤2中全氟聚合物基纳米纤维膜预处理后,固定在聚丙烯框中浸渍含有多元胺单体、界面交联剂和水相添加剂的水相0.5~8 min后取出,除去表面水分后浸入油相单体溶液中10-150s取出,于50~80℃下热处理2~15 min,得到基膜与表面分离层交联的全氟聚合物基复合纳滤膜。
所述预处理过程为将全氟聚合物基纳米纤维膜浸渍于溶剂中1~30 min,晾干,所述溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或与水的混合溶液。
所述界面交联剂为聚乙烯亚胺或聚酰胺胺中的一种,浓度为0.2~3 w/v%,可同时与基膜中聚酰亚胺与界面聚合油相单体反应,形成稳定交联结构。
所述有多元胺单体为PIP,所述水相添加剂为羟基化氧化石墨烯或羟基化碳纳米管,油相单体溶液为均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷油相溶液。
与现有技术相比,本发明有益效果在于:
(1)本发明制备全氟聚合物纳米纤维膜作为耐溶剂纳滤膜基膜,解决传统耐溶剂纳滤基膜耐溶剂性能差,长期使用易发生溶胀的不足,提高复合膜整体耐溶剂性能,拓展有机溶剂纳滤膜使用范围。
(2)通过静电纺丝共纺聚酰胺酸制备出聚酰亚胺与全氟聚合物纤维相互交织的具有互穿网络结构,解决全氟聚合物膜烧结过程收缩,结构不可控的难题,同时共纺聚酰亚胺提供了膜表面反应活性位点,解决全氟聚合物改性难,而传统的表面涂覆、浸渍等方法改性均匀性不足、稳定性差的不足。
(3)本发明利用全氟聚合物共混聚合物聚酰亚胺与界面聚合水相中活性位点反应,构建了基膜与分离层之间的化学键连接,赋予膜优异的界面结合强度,解决复合膜长期应用过程中分离层脱落问题。
(4)本发明制备得到的全氟聚合物基纳滤膜基膜具有多层次结构,底层聚四氟乙烯纤维交织,中间聚四氟乙烯与聚酰亚胺纤维交织,表面为聚酰胺分离层,提高了复合膜整体渗透性能,结构可控、厚度可调,优异的界面结合强度延长膜使用寿命,降低膜使用成本,本发明方法易调控,工艺简单,易放大。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的初生膜表面扫描电镜图;
图2是本发明实施例1得到的复合膜表面扫描电镜图;
图3是本发明实施例1得到的复合膜截留孟加拉玫瑰红数码照片图;
图4是本发明实施例1得到的复合膜截留不同染料溶液性能数据图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的一种全氟聚合物基复合纳滤膜及其制备方法进行详细说明,具体实施例仅用于进一步详细说明本发明,不限制本申请权利要求的保护范围。
以下实施例中所用的试验试剂,如无特殊说明,均为市面所售常规化学试剂,所采用的测试方法,如无特殊说明,均为常规方法。
实施例1
步骤1、纺丝液配制:
将聚乙烯醇(PVA)溶于80℃水中配制12 wt% PVA水溶液,按照PVA:PTFE质量比1:6, 加入PTFE乳液(固含量60 wt%)配制得到PTFE/PVA纺丝溶液;将均苯四甲酸二酐(PMDA)与4,4’-二氨基二苯醚(ODA)按照摩尔比1:1配制13% 聚酰胺酸(PAA)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)纺丝液;
步骤2、全氟聚合物基纤维膜制备:
将步骤1中PTFE/PVA和PAA纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,采用喷头比3:2对称排布纺丝,采用转筒接收,设置纺丝参数:纺丝距离设18 cm,PTFE/PVA纺丝速度为1mL/h,PAA速度为1.5 mL/h,纺丝正电压为15 kV,纺丝负电压为-5 kV;温度30℃,湿度为30%,先对PTFE/PVA溶液纺丝1 h后,再对PTFE/PVA和PAA纺丝液共同纺制3h后得到初生纳米纤维膜,初生纤维膜形貌如附图1所示。在60℃真空烘箱干燥24h后,将其固定在夹持装置,定长,置于马弗炉中,以1 ℃/min从室温升温,在100℃下保温1h后,在250℃下保温1h,最后在380 ℃下烧结4h,得到底层PTFE纤维,PI纤维与PTFE交织的多孔基膜,与初生膜相比,膜基本未发生收缩。
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:
将步骤2得到的基膜浸渍乙醇中2min后晾干,固定在聚丙烯框中,浸泡含有1 w/v%PIP、1w/v% PEI(聚乙烯亚胺)、0.03 w/v%羟基化氧化石墨烯的水相单体溶液中2 min后取出,除去表面残余水分;然后将其浸入浓度为0.25 w/v%的均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷油相溶液中,反应50s后取出,晾干,后置于70℃烘箱中热处理8 min,使基膜与分离层充分交联,即得PTFE基复合纳滤膜。
经测试所得膜截留分子量为370 Da,在0.5 MPa下测试所得膜对孟加拉玫瑰红、甲基蓝和酸性品红截留率和渗透通量,对孟加拉玫瑰红截留效果如附图3所示,相关测试性能如附图4所示,可见三种染料截留率均>98%,渗透通量>55 L/m2·h。80℃下测试,截留率保持基本不变,渗透通量上升;对所得膜浸泡甲醇、甲苯、乙酸乙酯和二甲基亚砜后,膜通量和截留率未发生明显变化,连续在0.3MPa压力下反冲3h,分离层与基膜无分离,显示出良好的稳定性与耐溶剂性。
实施例2
步骤1、纺丝液配制:
将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于80℃水中配制10 wt% PVP水溶液,按照PVP:FEP质量比1:8加入FEP乳液(固含量50w t%),配制得到FEP/PVP纺丝溶液;将聚酰亚胺P84粉末溶于DMF中配制14 wt%的PI纺丝液;
步骤2、全氟聚合物基纤维膜制备:
将步骤1中FEP/PVP和PI纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,采用喷头比3:1并排纺丝,采用转筒接收,设置纺丝参数:纺丝距离设15 cm,FEP/PVP纺丝速度为0.8 mL/h,PI速度为1.5 ml/h,纺丝正电压为15 kV,纺丝负电压为-5 kV;温度30℃,湿度为30%,FEP/PVP纺丝1h后,再与PI纺丝液共同纺制3h后得到初生纳米纤维膜示。在60℃真空烘箱干燥24h后,将其固定在夹持装置,定长,置于马弗炉中,以5 ℃/min从室温升温,在100℃下保温1h后,在250℃下保温1h,最后在320℃下烧结5h,得到PI纤维与FEP交织的多孔基膜,初生膜相比膜基本未发生收缩。
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:
将步骤2得到的基膜浸渍异丙醇中5min后晾干,固定在聚丙烯框中,浸泡含有1 w/v% PIP、1 w/v% PAMAM(聚酰胺胺)、0.03 w/v%羟基化氧化石墨烯的水相单体溶液中2 min后取出,除去表面残余水分;然后将其浸入浓度为0.25 w/v%的TMC的正己烷油相溶液中,反应50s后取出,晾干,后置于70℃烘箱中热处理8min,使基膜与分离层充分交联,即得FEP基复合纳滤膜。
经测试所得膜截留分子量为480 Da,在0.5 MPa下测试所得膜对孟加拉玫瑰红、甲基蓝和酸性品红三种截留率均>97%,渗透通量>46 L/m2·h,80℃下测试,截留率保持基本不变,渗透通量上升,对所得膜浸泡甲醇、甲苯、乙酸乙酯和二甲基亚砜后,膜通量和截留率未发生明显变化,连续在0.3MPa压力下反冲3h,分离层与基膜无分离,显示出良好的稳定性与耐溶剂性。
实施例3
步骤1、纺丝液配制:
将PVA溶于60℃水中配制10 wt% PVA水溶液,按照PVA: PTFE质量比1:8加入PTFE乳液(固含量60 wt%),配制得到PTFE/PVA纺丝溶液;将聚酰亚胺P84粉末溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中配制14 wt%的PI纺丝液;
步骤2、全氟聚合物基纤维膜制备:
将步骤1中PTFE/PVA和PI纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,采用喷头比2:1并排纺丝,采用导电细丝嵌套玻璃纤维编织管(外径2mm)接收,设置纺丝参数:纺丝距离设15cm,PTFE/PVA纺丝速度为0.8 mL/h,PI速度为1.5 mL/h,纺丝正电压为15 kV,纺丝负电压为-5 kV;温度30℃,湿度为30%,PTFE/PVA纺丝0.5h,PTFE/PVA和PI纺丝液共同纺制0.5 h后得到初生纳米纤维膜示。在60℃真空烘箱干燥24h后,将其固定在夹持装置,定长,置于马弗炉中,以2 ℃/min从室温升温,在100℃下保温1h后,在250℃下保温1h,最后在395℃下烧结4h,得到PI纤维与FEP交织的多孔基膜,初生膜相比膜基本未发生收缩。
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:
将步骤2得到的基膜浸渍乙醇与水的混合溶液(4:1)中5min后晾干,水平固定在聚丙烯支架上,浸入含有2 w/v% PIP、1 w/v% PEI、0.03 w/v%羟基化碳纳米管的水相单体溶液中2 min后取出,除去表面残余水分;然后将其浸入浓度为0.35 w/v%的TMC的正己烷油相溶液中,反应50s后取出,晾干,后置于70℃烘箱中热处理8min,使基膜与分离层充分交联,即得PTFE基中空纤维膜复合纳滤膜。
经测试所得膜截留分子量为570 Da,在0.5MPa下测试所得膜对孟加拉玫瑰红、甲基蓝和酸性品红三种染料截留率均>90%,渗透通量>52 L/m2·h, 80℃下测试,截留率保持基本不变,渗透通量上升,对所得膜浸泡甲醇、甲苯、乙酸乙酯和二甲基亚砜后,膜通量和截留率未发生明显变化,连续在0.3MPa压力下反冲3h,分离层与基膜无分离,显示出良好的稳定性与耐溶剂性。
实施例4
步骤1、纺丝液配制:
将明胶溶于60℃水中配制10 wt% 明胶水溶液,按照明胶:PFA质量比1:8加入PFA乳液(固含量50 wt%),配制得到PFA/明胶纺丝溶液;将聚酰亚胺P84粉末和聚丙烯腈(1:1)溶于DMAc中配制13 wt%的PI/PAN纺丝液;
步骤2、全氟聚合物基纤维膜制备:
将步骤1中PFA/明胶和PI/PAN纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,采用喷头比3:1对称纺丝,采用转辊接收,设置纺丝参数:纺丝距离设15 cm,PFA/明胶纺丝速度为1.2mL/h,PI/PAN速度为1.0 mL/h,纺丝正电压为18 kV,纺丝负电压为-5 kV;温度30℃,湿度为30%,PFA/明胶和PI/PAN纺丝液共同纺制3h后得到初生纳米纤维膜示。在60℃真空烘箱干燥24h后,将其固定在夹持装置,定长,置于马弗炉中,以2 ℃/min从室温升温,在100℃下保温1h后,在250℃下保温1h,最后在395℃下烧结4h,得到PI/PAN纤维与PFA纤维交织的多孔基膜,初生膜相比膜基本未发生收缩。
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:
将步骤2得到的基膜浸渍异丙醇中10min后晾干,固定在聚丙烯框中,浸泡含有2w/v% PIP、1 w/v% PEI、0.03 w/v%羟基化碳纳米管的水相单体溶液中2 min后取出,除去表面残余水分;然后将其浸入浓度为0.35 w/v%的TMC的正己烷油相溶液中,反应50s后取出,晾干,后置于80℃烘箱中热处理5min,使基膜与分离层充分交联,即得PFA基中空纤维膜复合纳滤膜。
经测试所得膜截留分子量520 Da,0.5MPa下测试孟加拉玫瑰红、甲基蓝和酸性品红截留率均>92%,渗透通量>45 L/m2·h,80℃下测试,截留率保持基本不变,渗透通量上升,对所得膜浸泡甲醇、甲苯、乙酸乙酯和二甲基亚砜后,膜通量和截留率未发生明显变化,连续在0.3MPa压力下反冲3h,分离层与基膜无分离,显示出良好的稳定性与耐溶剂性。
以上具体实施例部分表明,本发明解决了传统耐溶剂纳滤基膜耐溶剂性能差,长期使用易发生溶胀的不足,提高复合膜整体耐溶剂性能。本发明通过聚酰亚胺与全氟聚合物纤维形成相互交织的互穿网络结构,克服全氟聚合物膜烧结过程收缩,结构不可控的难题,同时共纺聚酰亚胺提供了膜表面反应活性位点,解决全氟聚合物改性难,而传统的表面涂覆、浸渍等方法改性均匀性不足、稳定性差的不足。而且,本发明利用全氟聚合物共混聚合物聚酰亚胺与界面聚合水相中活性位点反应,构建了基膜与分离层之间的化学键连接,赋予膜优异的界面结合强度。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明,但是,所属技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更,形成多个具体的实施例,均为本发明的常见变化范围,在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于所述全氟聚合物基复合纳滤膜按照如下方法制备所得,所述方法包括以下步骤:
步骤1、纺丝液配制:将水溶性聚合物作为载体与全氟聚合物分散乳液混合均匀得到第一组分纺丝液,将共纺聚合物溶于溶剂得到第二组分纺丝液;
步骤2、全氟聚合物基纳米纤维膜制备:将步骤1中两种组分纺丝液分别注入静电纺丝推进装置中,设置纺丝参数,以转筒或导电细丝为接收器,第一组分纺丝液纺制一段时间后,两种组分纺丝液再共同纺制一段时间,得到初生平板膜或中空纤维膜,将初生膜置于马弗炉中烧结热处理,得到全氟聚合物基纳米纤维膜;
步骤3、全氟聚合物基复合纳滤膜制备:将步骤2得到的全氟聚合物基纳米纤维膜预处理后,固定在聚丙烯框中浸渍含有多元胺单体、界面交联剂和水相添加剂的水相溶液,0.5~8 min后取出,除去表面水分后浸入油相单体溶液中,10-150s后取出,于50~80℃下热处理2~15 min,得到基膜与表面分离层具有交联结构的全氟聚合物基复合纳滤膜;
其中,步骤1所述水溶性聚合物为明胶、聚氧化乙烯(PEO)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或几种组合,所述水溶性聚合物浓度为5~15 wt%,作为全氟聚合物纺丝的牺牲模板使用;
所述全氟聚合物分散乳液为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)和四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚共聚物分散乳液中的一种或几种组合;
所述共纺聚合物为聚酰胺酸、聚丙烯腈、可溶性聚酰亚胺、聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺中的任意一种,浓度8~15 wt%;
所述水溶性聚合物与全氟聚合物分散乳液固含量比为1:2~10;
步骤3所述界面交联剂为聚乙烯亚胺或聚酰胺胺PAMAM中的一种,浓度为0.2~3 w/v%,能够同时与基膜中所述共纺聚合物与界面聚合油相单体反应,形成稳定化学交联结构;
步骤3所述有多元胺单体为PIP,所述水相添加剂为羟基化氧化石墨烯或羟基化碳纳米管,油相单体溶液为均苯三甲酰氯的正己烷油相溶液。
2.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤1所述全氟聚合物分散乳液为PTFE分散乳液;所述共纺聚合物为聚酰胺酸。
3.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤1所述水溶性聚合物与全氟聚合物分散乳液固含量比为1:4~8。
4.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤2所述第一组分纺丝液和第二组分纺丝液采用并排或对称多针头纺丝,喷头比例为1~4:1,第一组分纺丝液纺制0.5~3h,第一组分纺丝液与第二组分纺丝液共同纺制0.5~3h。
5.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤2所述烧结为定长烧结,其中,烧结过程初生膜用定位夹持装置固定。
6.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤2所述烧结热处理程序为:升温速率设1~10 ℃/min,首先100℃下保温0.5~1.5h,然后在230~260℃下保温0.5~1.5h,最后在300~390℃下保温0.1~5h,在此过程纺丝载体去除,全氟聚合物粒子粘结成连续纤维,同时所述共纺聚合物发生亚胺化后保留在膜中,纤维与纤维熔接成连续整体。
7.根据权利要求1所述的一种全氟聚合物基复合纳滤膜,其特征在于步骤3所述预处理过程为将全氟聚合物基纳米纤维膜浸渍于溶剂中1~30 min,晾干,所述溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或与水的混合溶液。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104963098A (zh) * 2015-06-29 2015-10-07 天津工业大学 一种静电纺丝全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法
CN106823842A (zh) * 2017-03-28 2017-06-13 天津大学 一种氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法
CN107376669A (zh) * 2017-08-23 2017-11-24 天津工业大学 一种全氟聚合物中空纤维复合膜的制备方法
CN111185103A (zh) * 2020-01-09 2020-05-22 东华大学 一种纳米纤维基有机/无机复合纳滤膜及其制备方法
WO2020177274A1 (zh) * 2019-03-06 2020-09-10 中国海洋大学 复合膜、制备方法及其应用
CN114534521A (zh) * 2022-03-23 2022-05-27 烟台大学 一种交联型聚醚醚酮中空纤维复合纳滤膜及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112156657A (zh) * 2020-10-09 2021-01-01 上海工程技术大学 一种全氟聚合物中空纤维复合膜的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104963098A (zh) * 2015-06-29 2015-10-07 天津工业大学 一种静电纺丝全氟聚合物纳米纤维膜的制备方法
CN106823842A (zh) * 2017-03-28 2017-06-13 天津大学 一种氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法
CN107376669A (zh) * 2017-08-23 2017-11-24 天津工业大学 一种全氟聚合物中空纤维复合膜的制备方法
WO2020177274A1 (zh) * 2019-03-06 2020-09-10 中国海洋大学 复合膜、制备方法及其应用
CN111185103A (zh) * 2020-01-09 2020-05-22 东华大学 一种纳米纤维基有机/无机复合纳滤膜及其制备方法
CN114534521A (zh) * 2022-03-23 2022-05-27 烟台大学 一种交联型聚醚醚酮中空纤维复合纳滤膜及其制备方法

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