CN109760391A - 一种水凝纳米膜、其制备方法及栽培方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由细纤维和粗纤维交织而成；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为10‑15nm，厚度为0.5‑0.8mm。水凝纳米膜的制备方法，包括步骤：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；将明胶、聚乙烯醇、碳纳米管、阴离子多糖混合均匀后进行静电纺丝，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层；将支撑层、过滤渗透层和防护层复合在一起。本发明还提供一种利用水凝纳米膜进行栽培的方法。本发明的水凝纳米膜能防御病虫、病菌和病毒，为作物生长提供一个干净清洁无污染的环境。可实现种植密度大大提高，节省种植面积，提高生产效率，节省成本。

Description

一种水凝纳米膜、其制备方法及栽培方法

技术领域

本发明涉及一种水凝纳米膜，一种该水凝纳米膜的制备方法，及利用该水凝纳米膜进行栽培的方法，属于膜制备技术领域。

背景技术

从农业技术的发展历史来看，古时候都是土壤种植，一百多年前荷兰人开发的水培技术以水代替了土壤，几十年前以色列开发了基于灌溉管的滴灌栽培技术。然而，这些农业技术都难以避免很多问题，一是土壤种植和滴灌种植的问题和难点在于土壤本身，不同地点和季节土壤的表现是不同的，这很大程度上制约着农业的产业化发展。二是土壤被有害细菌、病毒、农药残留、重金属、盐、放射性污染物等严重破坏。即使上述的土壤相关问题可以通过水培解决，但却面临着其他困难，就是可持续发展性差和不够环保。水培生长的产品在大批量种植时营养成分很低，需要消耗大量能量、水和肥料，这些栽培媒介的丢弃和处理又将消耗新的能源并带来污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种水凝纳米膜，一种该水凝纳米膜的制备方法，及利用该水凝纳米膜进行栽培的方法，以解决现有栽培技术带来的病虫害问题和环境问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，所述支撑层由直径为300-400nm的细纤维和直径为600-800nm的粗纤维交织而成；所述防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；所述过滤渗透层的孔径为10-15nm，厚度为0.5-0.8mm。

本发明进一步设置为，所述粗纤维或所述细纤维为聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯或聚偏氟乙烯。

本发明进一步设置为，所述支撑层上附着有氧化石墨烯。

本发明进一步设置为，所述支撑层的厚度为0.6-1mm。

本发明还提供了上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述细纤维和所述粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将10-12份明胶、4-6份聚乙烯醇、2-3份碳纳米管、2-3份阴离子多糖混合均匀后进行静电纺丝，以所述支撑层作为接受基材，注射形成所述过滤渗透层；

步骤三：将所述支撑层、所述过滤渗透层和所述防护层复合在一起。

本发明进一步设置为，所述阴离子多糖为纤维素、壳聚糖、羧甲基壳聚糖中的一种或多种。

本发明进一步设置为，所述支撑层、所述过滤渗透层和所述防护层复合的方式为边框圈复合、边框块复合、边框点复合或凝胶膜接收复合。

本发明进一步设置为，所述静电纺丝的条件为：纺丝电压为25-30kV，电流为1-1.5A。

本发明进一步设置为，注射的速度为0.5-1mL/h，纺丝温度为室温，湿度为40％-60％。

本发明还提供一种利用上述的水凝纳米膜进行栽培的方法，包括以下步骤：将营养液或肥料置于底层，覆上水凝纳米膜，在水凝纳米膜上覆有防草膜，在防草膜中间开孔，种植上培育好的幼苗即可。

本发明的水凝纳米膜能很好地防御病虫、病菌和病毒，为作物生长提供一个良好安全的环境，保证作物生长良好。由于生长环境安全，使得幼苗能尽早移栽，整个生长周期缩短。另外，可实现种植密度大大提高，节省种植面积，提高生产效率，进而节省成本。最后，良好的生长环境干净清洁无污染，这样生产出来的水果无污染、安全健康。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为400nm的聚氯乙烯和直径为800nm的聚醚砜交织而成；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为11nm，厚度为0.6mm；支撑层的厚度为0.6mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将10份明胶、4份聚乙烯醇、2份碳纳米管、2.4份纤维素混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为24kV，电流为1.1A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为0.6mL/h，纺丝温度为室温，湿度为40％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过边框圈凝胶膜接收在一起。

实施例2

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为300nm的聚砜和直径为600nm的聚丙烯交织而成，支撑层上附着有氧化石墨烯；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为11nm，厚度为0.5mm；支撑层的厚度为0.9mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将10份明胶、6份聚乙烯醇、3份碳纳米管、2.9份壳聚糖混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为28kV，电流为1-1.5A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为0.5mL/h，纺丝温度为室温，湿度为60％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过边框块复合在一起。

实施例3

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为360nm的聚丙烯腈和直径为680nm的聚苯乙烯交织而成，支撑层上附着有氧化石墨烯；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为14nm，厚度为0.6mm；支撑层的厚度为0.7mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将11份明胶、5份聚乙烯醇、2.2份碳纳米管、2.7份羧甲基壳聚糖混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为29kV，电流为1-1.5A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为1mL/h，纺丝温度为室温，湿度为50％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过边框圈复合在一起。

实施例4

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为380nm的聚醚砜和直径为700nm的聚苯乙烯交织而成，支撑层上附着有氧化石墨烯；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为12nm，厚度为0.7mm；支撑层的厚度为0.8mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将10.5份明胶、4.5份聚乙烯醇、2.6份碳纳米管、2.2份纤维素、2.5份壳聚糖混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为28kV，电流为1-1.5A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为0.7mL/h，纺丝温度为室温，湿度为55％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过凝胶膜接收复合在一起。

实施例5

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为320nm的聚偏氟乙烯和直径为620nm的聚对苯二甲酸丁二酯交织而成，支撑层上附着有氧化石墨烯；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为15nm，厚度为0.8mm；支撑层的厚度为0.6mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将11.3份明胶、4.6份聚乙烯醇、2.3份碳纳米管、2份壳聚糖、羧甲基壳聚糖混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为30kV，电流为1.5A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为0.7mL/h，纺丝温度为室温，湿度为46％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过边框点复合在一起。

实施例6

本发明提供一种水凝纳米膜，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，支撑层由直径为350nm的聚醚砜和直径为750nm的聚丙烯腈交织而成；防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；过滤渗透层的孔径为10nm，厚度为0.5mm；支撑层的厚度为1mm。

上述的水凝纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将细纤维和粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将11.6份明胶、5.5份聚乙烯醇、3份碳纳米管、3份纤维素、壳聚糖、羧甲基壳聚糖混合均匀后进行静电纺丝，纺丝电压为25kV，电流为1A，以支撑层作为接受基材，注射形成过滤渗透层，注射的速度为0.7mL/h，纺丝温度为室温，湿度为58％；

步骤三：将支撑层、过滤渗透层和防护层通过边框块复合在一起。

本发明还提供一种利用上述的水凝纳米膜进行栽培的方法，包括以下步骤：将营养液或肥料置于底层，覆上水凝纳米膜，在水凝纳米膜上覆有防草膜，在防草膜中间开孔，种植上培育好的幼苗即可，防草膜一是能防止杂草生长，二是能对作物起到固定作用，对于一些藤蔓类作物，可增加固定支架便于作物茎叶攀附。

本发明的水凝纳米膜适用于多种农作物的种植，如番茄、辣椒、南瓜等。以番茄为例，采用本发明的水凝纳米膜，种植密度可达6500-8000株每一千平方米，而土壤栽培和水培的种植密度仅为2500-3500株每1000平方米，种植密度大大提高，节省了大量种植面积。水凝纳米膜上有许多纳米孔，这些孔可以阻挡各类病毒、微生物，只允许水和各种营养成分、氨基酸和糖通过。植物根系生长于水凝纳米膜的上表面，透过水凝纳米膜吸收营养物质和水分，但是病虫、病菌和病毒则无法通过水凝纳米膜，能大大降低作物的患病率，避免病虫、病菌和病毒的侵害。利用水凝纳米膜，将培养物质与土地完全隔绝，可为植株提供干净的生长环境。即使培养基污染或腐烂，植物也不会生病，完全避免了农药、化肥、激素的污染。由于水凝纳米膜的防御性，保证了植株的成活率，降低了患病率，并大大提高了产量，提高了经济效率。而由于水凝纳米膜提供的安全的生长环境，使得幼苗的栽种时间可以提前到2-3周，进而作物能尽快得到良好的生长环境，整个生长周期缩短。

相比以往的栽培技术，利用水凝纳米膜进行栽培，在水、肥料和能量使用方面大幅的减少，更稳定、更可靠，更安全。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水凝纳米膜，其特征在于，包括支撑层、过滤渗透层和防护层，所述支撑层由直径为300-400nm的细纤维和直径为600-800nm的粗纤维交织而成；所述防护层为聚乙烯凝胶的纤维层；所述过滤渗透层的孔径为10-15nm，厚度为0.5-0.8mm。

2.根据权利要求1所述的水凝纳米膜，其特征在于，所述粗纤维或所述细纤维为聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯或聚偏氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的水凝纳米膜，其特征在于，所述支撑层上附着有氧化石墨烯。

4.根据权利要求1所述的水凝纳米膜，其特征在于，所述支撑层的厚度为0.6-1mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水凝纳米膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将所述细纤维和所述粗纤维交织成支撑层；

步骤二：按照重量份将10-12份明胶、4-6份聚乙烯醇、2-3份碳纳米管、2-3份阴离子多糖混合均匀后进行静电纺丝，以所述支撑层作为接受基材，注射形成所述过滤渗透层；

步骤三：将所述支撑层、所述过滤渗透层和所述防护层复合在一起。

6.根据权利要求5所述的水凝纳米膜的制备方法，其特征在于，所述阴离子多糖为纤维素、壳聚糖、羧甲基壳聚糖中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的水凝纳米膜的制备方法，其特征在于，所述支撑层、所述过滤渗透层和所述防护层复合的方式为边框圈复合、边框块复合、边框点复合或凝胶膜接收复合。

8.根据权利要求5所述的水凝纳米膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的条件为：纺丝电压为25-30kV，电流为1-1.5A。

9.根据权利要求5所述的水凝纳米膜的制备方法，其特征在于，注射的速度为0.5-1mL/h，纺丝温度为室温，湿度为40％-60％。

10.利用权利要求1-4任一项所述的水凝纳米膜进行栽培的方法，其特征在于，包括以下步骤：将营养液或肥料置于底层，覆上水凝纳米膜，在水凝纳米膜上覆有防草膜，在防草膜中间开孔，种植上培育好的幼苗即可。