CN112969522A - 功能性纤维膜、其制造方法以及包含其的过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型纤维膜，包括至少一个基底层，该基底层包含占重量至少80％的携带正电和/或负电的官能团的微纤维，以及附着于该基底层的至少一层过滤材料层，其中过滤材料层包括占重量至少80％的携带负电和/或正电官能团的纳米纤维。纤维膜能够去除或减少细菌、病毒和重金属的浓度，同时保持较高的水通量。本发明还涉及包括该纤维膜的过滤器和制造该纤维膜的方法。

Description

功能性纤维膜、其制造方法以及包含其的过滤器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月7日提交的申请号为62/639,605的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种功能性纤维膜，其包括一个或多个基底层和附着在该基底层上的一个或多个过滤材料层。基底层主要包括携带正电和/或负电的官能团的微纤维；并且过滤材料层主要包括携带正电和/或负电的官能团的纳米纤维。功能性纤维膜可用于去除或减少细菌、病毒和重金属的浓度，同时保持水过滤系统的较高水流量。
背景技术
水处理是通过从水中去除或降低不合需要的化学物质、重金属、生物污染物、悬浮物和气体的浓度来提高水质的过程。典型的水处理技术包括化学混凝和絮凝、吸附、离子交换、分子筛(size exclusion)和膜过滤器等。
化学混凝和絮凝是许多水处理系统必不可少的预处理方法，但存在两个主要限制。首先，化学消毒剂在与天然有机物(NOM)接触时可分解为致癌副产物。其次，大多数化学混凝和絮凝的系统都具有很高的资金和运营成本。
当使用小型过滤器从水瓶、水罐、水龙头等中净化水时，通常采用吸附、离子交换、分子筛、膜过滤器或其组合。
使用多孔树脂珠的填充层(packed bed)通过吸附或离子交换进行的水净化通常可提供出色的净化系数。不幸的是，该技术也受到几个主要限制。在可接受的压力限制下，工作流量必须非常低。为了达到目标污染物在每单位树脂体积结合污染物中的高结合水平，需要非常长停留时间，这进一步需要缓慢的流速和/或繁琐的填充布置。这些容量限制主要是由于相对较大的污染物在粒子内进入多孔树脂珠粒深处的可用结合位点的扩散非常缓慢。迄今为止，在本领域中几乎找不到能够提供全面过滤的高通量水过滤器，因此不可避免地需要使用笨重的多个的模块进行全面过滤。
现有技术中没有纤维膜能够从水中全面去除各种各样的不合需要颗粒、化学物质、生物污染物和其他杂质，同时在过滤系统中保持高水通量。
发明内容
现已发现，纳米纤维和微纤维可以被官能化以形成既携带正电荷和/或负电荷的纤维膜，其具有优于现有技术的过滤材料的性能。
本发明的目的是提供一种能够提供全面过滤并可以用于过滤系统中以改善水质的纤维膜，并且该过滤系统包括便携式和家用过滤系统。
本发明的另一个目的是提供一种用于生产上述纤维膜的方法和一种包括该纤维膜的过滤器，该纤维膜用作过滤器的过滤介质。
通过提供一种纤维膜，可以满足本发明的这些和其他目的和优点，所述纤维膜包括：
至少一个基底层，其包含占重量至少80％的微纤维，所述微纤维携带正电和/或负电的官能团，和
附着到基底层的至少一层过滤材料层，其中过滤材料层包含占重量至少80％的纳米纤维，其携带负电和/或正电的官能团。
在某些实施例中，基底层可以包含占重量至少90％的携带正电和/或负电的官能团的微纤维，或者可以由携带正电和/或负电的官能团的微纤维组成。在某些实施例中，过滤材料层可以包含占重量至少90％的携带负电和/或正电的官能团的纳米纤维，或者可以由携带负电和/或正电的官能团的纳米纤维组成。
在某些实施例中，正电的官能团选自由季铵、磷、锍、脒鎓、胍和吡啶基团及其任意组合组成的组。
在某些实施例中，负电的官能团可以选自由羧酸、苯酚、膦酸、磷酸、磺酸、硫酸、氨基磺酸、硝酸、硝基基团及其任意组合组成的组。
在某些实施方案中，负电的官能团选自可电离的聚磺酸盐、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)的盐，或其与丙烯酰胺或甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、磺化的聚苯乙烯、磺化的聚环氧氯丙烷、磺化的聚(2,5-二甲基苯醚)、磺化的聚苯醚砜(或酮)和磺化的聚乙烯；聚乙烯磺酸钠盐、聚丙烯酸、聚马来酸、磺化EPDM、聚羧酸盐、聚丙烯酸的盐和丙烯酸的共聚物、膦酸酯化的聚合物、及其任何混合物或以上的共混物。
优选地，基底层的正电和/或负电的官能团和过滤材料层的负电和/或正电的官能团衍生自两性离子，优选基于胺的基团。在某些优选的实施例中，官能团选自磷酸、羧基和氨基基团以及极性的其他带电官能团。其他极性官能团的实例可以选自羟基、羰基或巯基基团。
在某些实施例中，纤维膜可以包括交替的至少一个基底层和至少一个过滤材料层。
在某些实施例中，纤维膜包括两个以上的孔径不同的基底层，所述基底层的孔径在从所述基底层至所述过滤材料层的方向上减小。在某些实施例中，纤维膜可包括两个或更多个具有不同孔径的过滤材料层，其在从基底层到过滤材料层的方向上减小。
在某些实施例中，微纤维或纳米纤维通过以下方式之一，被官能化以携带正电或负电的官能团：
-使具有一个或多个氨基官能团的聚合物与烷化剂反应，
-使具有一个或多个氨基或羟基基团的聚合物与具有环氧或氯醇基团的季铵化合物；以及
-在自由基引发剂的存在下，使具有可提取氢原子的聚合物与二烯丙基二甲基氯化铵反应。
在本发明的第二方面，提供了一种过滤器，其包括用于过滤器的过滤介质的本发明的纤维膜。
在某些实施例中，过滤器可以具有圆柱形构造，并且纤维膜也形成为圆柱形结构。优选地，过滤器可进一步包括：以间隔开的方式同轴地环绕圆柱形纤维膜的壳体；以及附加的过滤材料，所述过滤材料包括设置在由圆柱形纤维膜限定的空间内的多孔树脂珠和活性炭颗粒。
在某些实施例中，过滤器可以具有圆柱形构造，并且可以进一步包括圆柱形壳体和附加的过滤材料，包括多孔树脂珠和活性炭颗粒。纤维膜可以设置在圆柱形壳体的底部，所述多孔树脂珠和活性炭颗粒放置在所述纤维膜上。
在本发明的另一方面，提供了一种用于预制纤维膜的功能性微纤维和/或纳米纤维的制备方法，其包括以下步骤：
(i)提供基于胺的聚合物微纤维和/或纳米纤维，
(ii)使所述基于胺的聚合物微纤维和/或纳米纤维与烷化剂或季铵化合物在使所述基于胺的聚合物的第一部分转化为具有羧基基团的第一化合物，以及使所述基于胺的聚合物的第二部分与烷化剂或与季铵化合物反应，得到具有氨基基团的第二化合物的条件下反应，从而使所述微纤维和/或纳米纤维官能化以携带负电和/或正电的官能团。
在步骤(i)中，基于胺的聚合物可以选自聚丙烯腈(PAN)或壳聚糖。
在步骤(ii)中，烷化剂可以选自由二甲基硫酸盐、二乙基硫酸盐、碳酸二甲酯，甲基氯、甲基溴或苄基氯及其任意组合组成的组；季铵化合物可以选自由三甲基-1-(2,3-环氧丙基)氯化铵、三甲基-1-(3-氯-2-羟丙基)氯化铵、氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)及其任意组合组成的组。
在本发明的一个优选的实施例中，步骤(i)提供聚合物微纤维或纳米纤维包括在碱性条件下将聚丙烯腈(PAN)水解为胺中间体。所述胺中间体在氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)的存在下在碱性条件下被水解，使得氨基基团的第一部分被转化为羧基基团，并且氨基基团的第二部分被GTMAC季铵化，从而同时得到具有羧基基团的水解PAN(H-PAN)和具有氨基基团的季铵化端氨基PAN。
有利地，PAN和GTMAC可以以范围为1：4到1：3的比率来提供。
在步骤(i)中，可以通过电纺聚合物来制备纳米纤维；微纤维可以通过将聚合物纺粘来制备。
该方法还包括在步骤(ii)之前将功能纳米纤维附着到微纤维上以形成层状结构的步骤。
附图说明
图1是具有根据本发明的一个实施例的纤维膜的透视图，该纤维膜具有一个基底层和一个过滤材料层的构造。
图2是示出用于便携式水过滤系统中的过滤器的示意图，该过滤器包括图1的纤维膜、多孔树脂珠和活性炭，其中为了说明目的，移除壳体的前部、膜的前部、筒体的前部。
图3是图2的过滤器的剖视图。
具体实施方式
本发明主要涉及一种官能化以既携带正电荷又携带负电荷的纤维膜。由于大多数细菌和病毒带负电，而重金属通常带正电，因此本发明中的既携带正电荷和又携带负电荷的纤维膜能够通过分子筛、吸附和离子交换从水中去除或减少各种类型的污染物，包括那些难以去除的重金属、细菌和病毒。
本发明的纤维膜可以由基底层和过滤材料层组成，该基底层包含多个携带正电和/或负电官能团的微纤维，该过滤材料层包含多个携带负电和/或正电官能团的纳米纤维。基底层和过滤材料层制造(fabricated)成使它们彼此携带不同的电荷将更好。
本发明的纤维膜可以包括以交替方式的两个或更多个基底层和两个及两个以上的过滤材料层。多层纤维膜的一个例子是将过滤材料层夹在两个基底层之间。当然，本发明的纤维膜可被构造成将两个或更多个过滤材料层夹在两个基底层之间。
在某些情况下，纤维膜可包括：(a)一个或多个携带正电官能团的基底层，(b)一个或多个携带负电官能团的基底层，(c)一个或多个携带正电官能团的过滤材料层，和(d)一个或多个携带负电官能团的过滤材料层。
在某些情况下，纤维膜可包括：(a)基底层，其包含多个既携带正电又携带负电官能团的微纤维，和(b)过滤材料层，其包括多个既携带正电又携带负电官能团的纳米纤维。
在某些情况下，纤维膜可包含两个或更多个具有不同孔径的基底层。在某些情况下，纤维膜可包含两个或更多个不同孔径的过滤材料层。在一些情况下，功能性纤维膜包括两个或更多个不同孔径的基底层和两个或更多个不同孔径的过滤材料层。
在本领域技术人员的能力范围内，根据实际需要和要求，也可能有纤维膜的其他分层构造。
纳米纤维可以包括具有一范围内的平均直径的纤维，例如10nm至900nm。由于小直径和高比表面积，纳米纤维表现出优异的过滤性能。然而，已知纳米纤维具有机械强度弱的局限，并且在过滤过程中不能承受机械冲击。
用于本发明的微纤维可具有一范围内的直径，例如2μm至50μm。本发明的微纤维用作基底，在其上部署纳米纤维，以为纳米纤维提供足够的机械强度。
根据本发明，基底层可以包括微纤维和纳米纤维的混合物，其中基于混合物的重量，微纤维至少占重量的80％，优选地至少占重量的90％。在本发明的一个优选的实施例中，基底层由携带正电和/或负电官能团的微纤维组成。
过滤材料层可包含微纤维和纳米纤维的混合物，其中基于混合物的重量，纳米纤维至少占重量的80％，优选地至少占重量的90％。在本发明的一个优选的实施例中，过滤材料层由携带正电和/或负电官能团的纳米纤维组成。
正电官能团包括但不限于季铵(quaternary ammonium)、磷、锍、脒鎓(amidinium)、胍和吡啶，特别优选季铵基团。作为替代选择，正电官能团是具有永久性正电官能团，其独立于用于制造微纤维或纳米纤维的聚合物溶液的pH值。
负电官能团包括但不限于羧酸、苯酚、膦酸、磷酸、磺酸、硫酸、氨基磺酸、硝酸和硝基基团。负电官能团的例子包括可电离的聚磺酸盐，例如聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)的盐或其与丙烯酰胺或甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、磺化聚苯乙烯、磺化聚环氧氯丙烷、磺化聚(2，5-二甲基苯醚)、磺化聚苯醚砜(或酮)和磺化聚乙烯；聚乙烯磺酸钠盐、聚丙烯酸、聚马来酸、磺化EPDM；聚羧酸盐，例如聚丙烯酸的盐和丙烯酸的共聚物；膦酸酯化的聚合物；及其任何混合物或其共混物。
负电和正电基团可以位于聚合物主链上和/或聚合物的侧链上。所述聚合物可以是自然界中的芳族和/或脂族。可以使用共聚物和/或上述聚合物的混合物和/或共混物。
可以通过不同的常规技术，例如拉伸、模板合成、自组装、相分离和电纺丝来制造根据本发明的纳米纤维。在一个实施例中，纳米纤维是通过电纺丝制成的电纺纳米纤维。以电纺聚合物溶液预制纳米纤维在本领域中是众所周知的，在本文中将不进行详细描述。
可以通过不同的常规技术，例如湿法成网法、纺粘法和熔喷法，来制造根据本发明的微纤维。在一实施例中，微纤维是通过纺粘而制成的纺粘微纤维。同样，纺粘聚合物以预制微纤维在本领域中是众所周知的，在本文中将不进行详细描述。
在微纤维和纳米纤维制备完成并可用后，将准备好用于制备本发明的层状纤维膜。在一个实施例中，可以通过自由表面静电纺丝将纳米纤维沉积在微纤维上以形成层状结构。在将纳米纤维沉积到微纤维层上之前，可以将粘合剂施加到微纤维上，以增强纳米纤维对微纤维的附着。然后使层状纤维结构进行使微纤维和纳米纤维分别官能化以携带官能团的反应，从而导致形成本发明的功能性纤维膜。
下文将描述制造微纤维和纳米纤维以及预制纤维膜的程序。
现参考附图，图1示出了根据本发明的实施方式构造的具有优异过滤效率的纤维膜的结构示意图。应当注意的是，图1至3是示意性的，未按比例绘制。
作为本发明的示例性纤维膜，图1中所示的纤维膜100包括基底层10和通过沉积方法附着到基底层10上的过滤材料层20。基底层10仅由微纤维组成，并且用于支撑纳米纤维。过滤材料层20仅由纳米纤维组成，并且用于过滤各种小尺寸的颗粒而不会显着降低水通量。通过使用相同的两性聚合物作为起始材料，例如具有聚丙烯腈(PAN)的酰胺基团的水解产物，可使形成在基底层10中的微纤维和形成在过滤材料层20中的纳米纤维官能化。特别地，PAN反应得到包含负电羧基基团的第一化合物水解PAN(H-PAN)，和包含正电季氨基基团(quaternary amino group)的第二化合物季铵化端氨基PAN。在该实施例中，将微纤维用H-PAN官能化以携带负电羧基基团，并且将纳米纤维用季铵化端氨基PAN官能化以携带正电季氨基基团。
纤维膜100的一个发明特征是，包含羧基基团的基底层10中的微纤维能够通过离子交换和吸附去除重金属，并且包含氨基基团(amino group)的过滤材料层20中的纳米纤维能够通过离子交换和吸附去除细菌和病毒。
本发明的特征还在于选择相同的两性聚合物或相同的两性电解质以同时产生负官能团和正官能团，负官能团和正官能团用于使微纤维和纳米纤维官能化，从而使它们携带负电和/或正电的官能团。这显着简化了使微纤维和纳米纤维官能化以携带带电官能团的过程。
纤维膜100表现出优异的性质，例如显著的过滤性、渗透性和吸附性，因此可以用作过滤器的良好过滤介质。另外，纤维膜100是可折叠的，从而增加在过滤器中使用的过滤面积。
上面讨论的基底层仅由微纤维组成，基底层可能为微纤维和纳米纤维的混合物，包含微纤维和纳米纤维的比例约为8.5-9.5：0.5-1.5，优选为9：1。上面讨论的过滤材料层仅由纳米纤维组成，过滤材料层可能为微纤维和纳米纤维的混合物，包含微纤维和纳米纤维的比例为约0.5-1.5：8.5-9.5，优选为1：9。
图2和图3示出了包括纤维膜100作为过滤介质的过滤器1。此过滤器1适用于用于便携式和家用水过滤系统，例如用于饮用水瓶中。如图所示，过滤器1包括圆柱形壳体110和隔膜100，该隔膜100是折叠的并且以间隔开的方式同轴地布置在圆柱形壳体110内，使得微纤维的基底层10面向壳体110，并且纳米纤维的过滤材料层20背对壳体110。纤维膜100的两端被胶粘在壳体110的顶表面和底表面上。
过滤器1还包括应用于单独筒体(cartridge)140上的多个多孔树脂珠120和多个活性炭颗粒130。如本实施例所示，将多孔树脂珠120放置在活性炭颗粒130上。多孔树脂珠120和活性炭颗粒130可以选自本领域已知的常规树脂。筒体140安装在被折叠纤维膜100环绕的空间内。筒体140的顶部开口端略低于纤维膜100的顶部圆周边缘，以便使渗透穿过纤维膜100的水通过该顶部开口端流入筒体140，如图2表示水的流动方向的箭头所示。
在该实施例中，水通过安装在过滤器1的两个相对侧上的两个进水口150，流入壳体110和折叠的纤维膜100之间限定的空间中，然后穿过纤维膜100。因为纤维膜100在微纤维和纳米纤维上同时携带正电和负电的官能团，所以除了通过膜过滤器来过滤掉颗粒物以外，可以通过分子筛去除或减少水中存在的细菌，同时可通过吸附和离子交换减少或去除水中的病毒和重金属。然后，来自纤维膜100的水通过筒体140的顶部开口端流入筒体140，并向下流过放置在筒体140内的多孔树脂珠120和活性炭颗粒130，其中氯、其余重金属和其他污染物通过吸附和离子交换进一步去除或减少。
因此，过滤器1能够基于本发明的纤维膜100、多孔树脂珠120和活性炭颗粒130的布置实现全面的深度过滤，该布置提供了吸附、离子交换、分子筛、膜过滤等的组合效果。通过使用本发明的功能性纤维膜作为预过滤器，可以显著降低多孔树脂珠120和活性炭颗粒130的堆积密度。因此，过滤器1在保持高水通量的同时具有更高的过滤能力和更高的过滤效率。与本发明的过滤器1相比，传统的过滤器包含多孔树脂珠和活性炭，为了获得可靠的性能，应将其紧密填充(packed)，但繁琐的填充布置不可避免地会降低水通量。
圆柱形过滤器优选用于家用和便携式水过滤系统，例如可用于饮用水瓶。但是，应当理解，包括本发明的纤维膜的过滤器可以构造成其他形状。例如，水罐过滤器(pitcherfilters)最好采用跑道(racetrack)形状。
另外，其他构造对于包括本发明的纤维膜的过滤器也是可能的。例如，过滤器可以包括多个管状纤维膜阵列，作为在多孔树脂珠和活性炭之前的预过滤器，使得水沿着纤维膜阵列、多孔树脂珠、然后到活性炭颗粒的流动路径流动。纤维膜的另一个例子是安装在圆柱形过滤器中的扁平结构，其中纤维膜提供为平板，并安装在圆柱形壳体的底部，而多孔树脂珠和活性炭颗粒放置在扁平纤维膜上方(above)或上(on)。这样，水沿着多孔树脂珠、活性炭颗粒然后平坦的纤维膜的流动路径流动。
下面描述用于预制本发明的纤维膜的功能性微纤维和纳米纤维的制造方法，该方法涉及根据下文所述方案1中的从基于胺的(amine-based)聚合物获得官能团的过程。
根据本发明，分别通过例如上述常规方法制备微纤维和纳米纤维。纳米纤维附着到微纤维上(例如通过沉积涂覆)以形成纤维膜的层状结构。然后根据方案1使纤维膜官能化。
方案1
Figure BDA0002687504750000101
可以根据方案1中概述的合成方法制备含胺(amine-containing)的中间体。在以上方案中，以聚丙烯腈(PAN)为起始原料制备含胺的中间体，并且可以通过碱水解和季铵化反应制备功能性微纤维和纳米纤维。
简而言之，聚丙烯腈(PAN)纤维分别用于制备微纤维和纳米纤维，以预制包含涂覆在微纤维层上的纳米纤维层的PAN纤维膜。纤维膜的PAN纤维用氢氧化钠(NaOH)水解，以使PAN上的氰化物基团在碱性水解的初始阶段转变为含氨基基团的中间体，如步骤(a)所示。随着水解反应连续进行，中间体的一部分氨基基团在步骤(b)中所示的碱性水解的最后阶段进一步转化为羧基基团，而中间体的另一部分氨基基团被氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)季铵化，如步骤(c)所示。步骤(b)和步骤(c)同时进行。因此，在反应结束时获得了水解PAN(H-PAN)(d)和季铵化端氨基PAN(e)。含羧基基团的H-PAN(d)能够通过离子交换和吸附去除大多数重金属，携带正电季氨基基团的季铵化端氨基PAN(e)能够通过分子筛、吸附和离子交换去除大多数细菌和病毒。通过优化各种关键参数(例如NaOH的浓度、反应温度、反应时间、GTMAC的浓度和GTMAC的添加间隔)，可以建立PAN纤维官能化的过程窗口。
在一个特定的实例中，将5g PAN纤维在大气压下、85℃温度下、200mL的15％氢氧化钠(NaOH)中水解约2小时以得到含胺的中间体。中间体继续进行约再6小时的碱性水解过程。在整个碱水解过程中，18克氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)分为三部分(每份6克)每2小时间隔添加，以产生约5克功能性纤维，其中包括2.5克水解PAN(H-PAN)和2.5克季铵化端氨基PAN。收集功能性纤维并用水冲洗约2小时，以除去未反应的GTMAC。然后将冲洗过的功能性纤维干燥，例如在80℃下通过热空气干燥约2小时，以得到所需的产品。
因此，本发明提供了一种纤维膜，除了常规的膜过滤器之外在各种水处理技术的联合作用下，能够从水中去除或减少各种污染物，包括那些难以去除的重金属、细菌和病毒。包含本发明的纤维膜以及如多孔树脂珠和活性炭颗粒的常规过滤材料的组合的过滤器表现出优于现有技术过滤器的性能。
尽管本文描述的实施例旨在作为示例性纤维膜及其生产，以及包括该纤维膜的过滤器，但是本领域技术人员将理解，本发明不限于所示的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员将通过技术人员的常识来设想许多其他可能的变化和修改，但是，这种变化和修改应落入本发明的范围。

Claims (24)

1.一种纤维膜，其特征在于，包括：
至少一个基底层，所述基底层包含占重量至少80％的微纤维，所述微纤维携带正电和/或负电的官能团，和
附着到基底层的至少一层过滤材料层，其中过滤材料层包含占重量至少80％的纳米纤维，所述过滤材料层携带负电和/或正电的官能团。
2.根据权利要求1所述的纤维膜，其特征在于，所述基底层包含占重量至少90％的携带正电和/或负电的官能团的微纤维，或由携带正电和/或负电的官能团的微纤维组成。
3.根据权利要求1或2所述的纤维膜，其特征在于，所述过滤材料层包含占重量至少90％的携带负电和/或正电的官能团的纳米纤维，或由携带负电和/或正电的官能团的纳米纤维组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维膜，其特征在于，所述正电的官能团选自由季铵、磷、锍、脒鎓、胍和吡啶基团及其任意组合组成的组。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维膜，其特征在于，所述负电的官能团选自由羧酸、苯酚、膦酸、磷酸、磺酸、硫酸、氨基磺酸、硝酸、硝基基团及它们的任意组合组成的组。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纤维膜，其特征在于，所述负电的官能团选自可电离的聚磺酸盐、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)的盐或其与丙烯酰胺或甲基丙烯酸烷基酯的共聚物、磺化的聚苯乙烯、磺化的聚环氧氯丙烷、磺化的聚(2,5-二甲基苯醚)、磺化的聚苯醚砜(或酮)和磺化的聚乙烯；聚乙烯磺酸钠盐、聚丙烯酸、聚马来酸、磺化EPDM、聚羧酸盐、聚丙烯酸的盐和丙烯酸的共聚物、膦酸酯化的聚合物；及其任何混合物或以上的共混物。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维膜，其特征在于，所述基底层的正电和/或负电的官能团和所述过滤材料层的负电和/或正电的官能团来自两性离子，优选基于胺的基团。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纤维膜，其特征在于，包括交替的至少1个基底层和至少1个过滤材料层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纤维膜，其特征在于，包括两个以上的孔径不同的基底层，所述基底层的孔径在从所述基底层至所述过滤材料层的方向上减小。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的纤维膜，其特征在于，包括两个以上的孔径不同的过滤材料层，所述过滤材料层的孔径从所述基底层到所述过滤材料层的方向减小。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的纤维膜，其特征在于，所述微纤维或所述纳米纤维通过以下方式之一被官能化以携带正电或负电的官能团：
-使具有一个或多个氨基官能团的聚合物与烷化剂反应，
-使具有一个或多个氨基或羟基基团的聚合物与具有环氧或氯醇基团的季铵化合物反应；以及
-在自由基引发剂的存在下，使具有可提取氢原子的聚合物与二烯丙基二甲基氯化铵反应。
12.一种过滤器，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的纤维膜用作过滤器的过滤介质。
13.根据权利要求12所述的过滤器，其特征在于，所述纤维膜形成为圆柱形结构，并且所述过滤器还包括：同轴地环绕所述圆柱形纤维膜的壳体，以及附加的过滤材料，所述过滤材料包括设置在由圆柱形纤维膜限定的空间内的多孔树脂珠和活性炭颗粒。
14.根据权利要求12所述的过滤器，其特征在于，还包括：圆柱形壳体和包含多孔树脂珠和活性炭颗粒的其他过滤材料，其中，所述纤维膜设置在所述圆柱形壳体的底部，并且所述多孔树脂珠和活性炭颗粒放置在所述纤维膜上。
15.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的纤维膜的功能性微纤维和/或纳米纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)提供基于胺的聚合物微纤维或纳米纤维，以及
(ii)使所述基于胺的聚合物微纤维和/或纳米纤维与烷化剂或季铵化合物在使所述基于胺的聚合物的第一部分转化为具有羧基基团的第一化合物，以及使所述基于胺的聚合物的第二部分与烷化剂或与季铵化合物反应，得到具有氨基基团的第二化合物的条件下反应，从而使所述微纤维和/或纳米纤维官能化以携带负电和/或正电的官能团。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述基于胺的聚合物选自聚丙烯腈(PAN)或壳聚糖。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述烷化剂选自由硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、碳酸二甲酯、甲基氯、甲基溴或苄基氯及其任何组合组成的组。
18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述季铵化合物选自由由三甲基-1-(2,3-环氧丙基)氯化铵、三甲基-1-(3-氯-2-羟丙基)氯化铵，氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)及其任何组合组成的组。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(i)提供聚合物微纤维或纳米纤维包括将在碱性条件下的聚丙烯腈(PAN)水解为胺中间体。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述胺中间体在氯化缩水甘油基三甲基氯化铵(GTMAC)的存在下在碱性条件下被水解，使得氨基基团的第一部分被转化为羧基基团，并且氨基基团的第二部分被GTMAC季铵化，从而同时得到具有羧基基团的水解PAN(H-PAN)和具有氨基基团的季铵化端氨基PAN。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述PAN和GTMAC的比例为1：4到1：3。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述聚合物纳米纤维通过电纺所述聚合物来制备。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述微纤维通过将所述聚合物纺粘来制备。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(ii)之前包括将所述功能性纳米纤维附着到所述微纤维上以形成层状纤维结构的步骤。
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