CN113230902A

CN113230902A - 具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN113230902A
Application number: CN202110485550.7A
Authority: CN
Inventors: 刘轲; 王栋; 马思琪; 刘念; 程盼; 胡威; 郭启浩; 程芹
Original assignee: Wuhan Textile University
Current assignee: Wuhan Textile University
Priority date: 2020-05-02
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: CN113230902B

Abstract

本发明提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用。通过将具有表面周期纹理的机织织物作为基材，并采用湿法非织造技术在机织织物表面负载聚合物纳米纤维涂层，形成具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜；再采用界面聚合法制备聚哌嗪酰胺纳滤分离层，并使其包裹覆盖于聚合物纳米纤维涂层，使聚哌嗪酰胺纳滤分离层同时具备表面周期纹理结构和峰谷结构，形成具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。通过上述方式，本发明能够赋予纳滤膜材料多尺度的表面结构，有效提升其渗透性与抗污性，使其能够应用于切向流液体的纳滤领域；且该纳滤膜材料的制备工艺简单、可控性强，易于规模化制备，能够满足实际工业化生产与应用的需求。

Description

具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及膜过滤技术领域，尤其涉及一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于人口和经济的快速增长，水污染和水资源短缺已经演变成一个全球性的挑战。在所有现有的海水淡化技术中，压力驱动的膜基技术，如反渗透膜(RO)和纳滤膜(NF)，是最节能和技术最成熟的。纳滤膜可以截留多价盐和有机分子，同时具备低能耗、高通量的特点，使其成为一种理想的水处理技术，因此纳滤膜可广泛应用于生产、生活用水的净化和软化，物料回收，处理生活废水、工业废水等方面。

但是在实际的生产应用中，纳滤技术仍然存在许多挑战，其中膜污染会堵塞膜孔，严重影响纳滤膜的分离性能，致使膜渗透率降低，使用寿命缩短。若使用现有的物理清洗、化学清洗以及更换新膜的方法处理膜污染的问题，虽有效果，但不仅会增加操作成本，同时也并未完全解决膜污染问题。因此，解决上述膜污染问题需要从纳滤膜分离层的结构入手，优化其在切向流条件下的抗污性及渗透性，制备出性能优异的抗污纳滤膜，从根本上解决渗透率低及膜污染的问题。

中国专利公开号为CN 110665369 A，公开日为2020.01.10，公开了一种具有原位催化功能的抗污染疏松纳滤膜及其制备方法和应用。该发明采用硫酸铜/双氧水体系催化多巴胺在聚合有机材质超滤膜上聚合交联生成聚合仿生层，为普鲁士蓝层插的镁铝水滑石这一种高效的过一硫酸氢钾纳米催化材料提供负载的“锚点”，从而得到具有原位催化效能的复合疏松纳滤膜。该制备过程中得到的普鲁士蓝衍生物层插的镁铝水滑石，制备工艺较为繁琐，需反复搅拌离心收集，且实验原料硝酸钴急性毒性，对环境有危害，易造成水体污染。

中国专利公开号为CN 110052179 A，公开日为2019.07.26，公开了一种抗污染复合纳滤膜的制备方法。该发明制备的纳滤膜经过两次界面聚合，聚砜超滤膜经过第一次界面聚合，第二次界面聚合时将含非离子类亲水基聚合物的水相溶液倾倒在超滤膜表面，进行二次界面聚合后热处理得到复合纳滤膜。通过二次界面聚合将主链中含有醚键的非离子类亲水基聚合物嵌入到聚酰胺层内，改性后的膜表面平滑、粗糙度降低，以上方法制备的纳滤膜虽然可以提高膜的抗污性，但是引入的非离子类亲水基团会显著减少表面残留羧基的数量，因此膜的亲水性降低，纳滤膜的性能受到影响。

英文文献(Nature Communications 2018,9:2004)报道了一种新型的TFC纳滤膜设计方法，该方法通过纳米结构介导的界面聚合工艺，将纳米颗粒作为牺牲模板材料预加载到支撑多孔膜上，这些预加载的纳米粒子会在支撑膜的表面形成粗糙、不规则的纳米结构,因此界面聚合发生在具有纳米级粗糙度的粗糙表面上，聚合后将纳米粒子水解，形成一个薄的具有广泛的纳米级皱缩结构PA活性层，这种褶皱结构虽有利于提高纳滤膜的通量，但利用该方法制备的纳滤膜在一定程度上抗污效果较差。

有鉴于此，有必要设计一种改进的纳滤膜材料，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用。通过采用机织织物构筑表面周期纹理结构，再采用湿法非织造技术将纳米纤维紧密负载于机织织物表面，从而形成具有表面周期纹理结构和小孔径致密结构的亲水性聚合物纳米纤维涂层，并在此基础上介导界面聚合，使形成的聚哌嗪酰胺纳滤分离层在形成表面周期纹理结构的同时进一步形成峰谷结构，进而得到具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，提升其渗透性与抗污性。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，包括具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜以及负载于所述纳米纤维涂层膜表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层；所述纳米纤维涂层膜包括织物基材以及负载于所述织物基材表面的聚合物纳米纤维涂层，所述聚合物纳米纤维涂层被所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖；所述织物基材为具有表面周期纹理结构的机织织物，所述聚合物纳米纤维涂层由湿法非织造工艺制备而成，具有与所述机织织物相同的表面周期纹理结构；所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层由水相和油相通过界面聚合而成，具有多尺度表面结构。

作为本发明的进一步改进，所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层的厚度为5～50nm，表面粗糙度为1～200μm；所述多尺度表面结构包括所述表面周期纹理结构和表面峰谷结构。

作为本发明的进一步改进，所述聚合物纳米纤维涂层由直径为50～500nm的聚合物纳米纤维组成；所述聚合物纳米纤维涂层的厚度为2～10μm，密度为5～10g/m²，平均孔径为50～500nm，孔隙率为50％～90％，表面粗糙度为5～200μm。

作为本发明的进一步改进，所述机织织物由聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线中的一种机织而成；所述聚合物单丝、聚合物复丝的材质为聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚芳酰胺中的一种，所述聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线的直径均为30～500μm；所述机织织物的表面粗糙度为10～200μm。

作为本发明的进一步改进，所述机织织物的表面周期纹理结构包括平纹纹理、斜纹纹理、缎纹纹理中的一种或多种组合。

作为本发明的进一步改进，所述聚合物纳米纤维的材质为乙烯乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酯中的一种；所述聚合物纳米纤维由熔融共混相分离法或静电纺丝法制备而成。

为实现上述目的，本发明还提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚合物纳米纤维分散于有机溶剂与去离子水的混合溶剂中，得到纳米纤维悬浮液，密封保存备用；

S2、采用湿法非织造技术，将步骤S1得到的所述纳米纤维悬浮液涂覆于织物基材的表面，常温干燥后，得到具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜；

S3、将预定量的哌嗪与三乙胺溶于水中，配制水相溶液；并将均苯三甲酰氯溶于正己烷中，配制油相溶液；再将步骤S2得到的所述纳米纤维涂层膜先后浸渍于所述水相溶液和所述油相溶液中，进行界面聚合反应；待反应完全后，经洗涤、干燥，得到具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述纳米纤维悬浮液的固含量为0.2～6.0wt％；在步骤S2中，所述纳米纤维悬浮液的涂覆厚度为2～10μm，涂覆密度为5～10g/cm²；在步骤S3中，所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.1～0.6w/v％，三乙胺的浓度为0～0.6w/v％，所述油相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.15～2w/v％，所述纳米纤维涂层膜在所述水相溶液和所述油相溶液中的浸渍时间分别为1～10min和10～90s。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述混合溶剂中，所述有机溶剂与去离子水的质量比为1:1；所述有机溶剂为乙醇、乙酸、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺中的一种。

为实现上述目的，本发明还提供了所述具有多尺度表面结构的纳滤膜材料在切向流液体的纳滤领域的应用。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过以表面具有周期纹理的机织织物作为基材，并采用湿法非织造技术在机织织物表面负载具有亲水性的聚合物纳米纤维涂层，使其在形成小孔径致密结构的同时复制机织织物的表面周期纹理结构。在此基础上再采用界面聚合法使生成的聚哌嗪酰胺纳滤分离层覆盖于聚合物纳米纤维涂层表面，在进一步复制表面周期纹理结构的同时还形成次生峰谷结构，从而得到具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。基于本发明提供的纳滤膜材料的多尺度表面结构，不仅能够大幅度提升纳滤分离层的渗透面积，增大渗透率，还能够诱导纳滤膜表面的切向流产生(微)湍流，清除表面污染物，提高抗污性，延长纳滤膜使用寿命，进而使本发明提供的纳滤膜材料能够应用于切向流液体的纳滤领域，以增强液体的渗透通量和表面抗污性能。

(2)本发明采用机织织物构筑纹理周期结构，并通过对织物的纤维长丝、复丝及短纤纱线的结构优化，设计具有平纹、斜纹、缎纹等纹理的机织织物，使其能够作为纳米纤维涂层膜的基材，在提供表面周期纹理结构的同时起到对聚合物纳米纤维涂层的支撑作用。且该织物基材具有结构稳定、质地坚牢、表面纹路清晰饱满、设计性及可操作性强的优点，能够满足不同场景下的应用需求。

(3)本发明通过采用湿法非织造技术，将熔融共混相分离或静电纺丝法制备的聚合物纳米纤维进行稳定分散，并涂覆于机织织物表面，使其干燥后可紧密贴合在机织物表面，形成具有表面周期纹理结构的、结构致密的小孔径聚合物纳米纤维涂层，解决了现有静电纺纳米纤维直接成网技术所导致的纳米纤维层结构疏松、孔径大、厚度大、难以形成表面周期纹理结构的问题。并且，该聚合物纳米纤维的尺寸及亲水性可控性强，有利于优化界面聚合过程，促进表面聚哌嗪酰胺纳滤分离层的形成，还易于使分离层产生褶皱，进而使聚哌嗪酰胺纳滤分离层在表面周期纹理结构上进一步形成次生峰谷结构，从而呈现多尺度表面结构，协同提升纳滤膜的渗透性与抗污性。

(4)本发明提供的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法简便易行，可控性强，能够提高制备效率，易于规模化制备；且制得的纳滤膜材料具有多尺度表面结构，可以有效提升纳滤膜的渗透性和抗污性，能够满足实际工业化生产与应用的需求，具有较高的实际应用价值。

附图说明

图1为实施例1中提供的纳米纤维涂层膜的电镜图，标尺为5μm。

图2为实施例1提供的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的电镜图，标尺为5μm。

图3为实施例1提供的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的电镜图，标尺为500μm。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，包括具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜以及负载于所述纳米纤维涂层膜表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层；所述纳米纤维涂层膜包括织物基材以及负载于所述织物基材表面的聚合物纳米纤维涂层，所述聚合物纳米纤维涂层被所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖；所述织物基材为具有表面周期纹理结构的机织织物，所述聚合物纳米纤维涂层由湿法非织造工艺制备而成，具有与所述机织织物相同的表面周期纹理结构；所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层由水相和油相通过界面聚合而成，具有多尺度表面结构。

所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层的厚度为5～50nm，表面粗糙度为1～200μm；所述多尺度表面结构包括所述表面周期纹理结构和表面峰谷结构。

所述聚合物纳米纤维涂层由直径为50～500nm的聚合物纳米纤维组成；所述聚合物纳米纤维涂层的厚度为2～10μm，密度为5～10g/m²，平均孔径为50～500nm，孔隙率为50％～90％，表面粗糙度为5～200μm。

所述机织织物由聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线中的一种机织而成；所述聚合物单丝、聚合物复丝的材质为聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚芳酰胺中的一种，所述聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线的直径均为30～500μm；所述机织织物的表面粗糙度为10～200μm。

所述机织织物的表面周期纹理结构包括平纹纹理、斜纹纹理、缎纹纹理中的一种或多种组合。

所述聚合物纳米纤维的材质为乙烯乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酯中的一种；所述聚合物纳米纤维由熔融共混相分离法或静电纺丝法制备而成。

本发明还提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，包括如下步骤：

在步骤S1中，所述混合溶剂中，所述有机溶剂与去离子水的质量比为1:1；所述有机溶剂为乙醇、乙酸、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺中的一种；所述纳米纤维悬浮液的固含量为0.2～6.0wt％。

在步骤S2中，所述纳米纤维悬浮液的涂覆厚度为2～10μm，涂覆密度为5～10g/cm²。

在步骤S3中，所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.1～0.6w/v％，三乙胺的浓度为0～0.6w/v％，所述油相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.15～2w/v％，所述纳米纤维涂层膜在所述水相溶液和所述油相溶液中的浸渍时间分别为1～10min和10～90s。

本发明还提供了所述具有多尺度表面结构的纳滤膜材料在切向流液体的纳滤领域的应用。

下面结合具体的实施例对本发明提供的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用进行说明。

实施例1

本实施例提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法。

该纳滤膜材料由具有周期性斜纹的纳米纤维涂层膜以及负载于纳米纤维涂层膜表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层组成；纳米纤维涂层膜由表面周期纹理结构为斜纹的织物基材以及负载于该织物基材表面且被聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维涂层。

具体地，该纳滤膜材料的制备方法包括如下步骤：

S1、将静电纺丝法制备的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中，搅拌，形成纳米纤维固含量为0.5wt％的纳米纤维悬浮液，密封保存。

S2、采用湿法非织造技术，将步骤S1得到的纳米纤维悬浮液喷涂于纹理为斜纹的机织织物的表面；其中，纳米纤维悬浮液的涂覆厚度为5μm，涂覆密度为6g/m²；喷涂完成后经常温干燥，得到具有斜纹表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜。

S3、配制哌嗪(PIP)浓度为0.2w/v％、三乙胺浓度为0.2w/v％的混合水溶液作为水相溶液，并配制均苯三甲酰氯(TMC)浓度为0.2w/v％的正己烷溶液作为油相溶液；将步骤S2得到的具有斜纹表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜浸泡于水相溶液中4min，将膜取出并除去多余水相溶液后再浸泡于油相溶液中，进行界面聚合30s，取出膜用超纯水清洗并常温真空干燥24h后，得到具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。

在本实施例中，步骤S2得到的纳米纤维涂层膜的电镜图如图1所示，步骤S3得到的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料在不同标尺下的电镜图分别如图2、图3所示。

由图1可以看出，本实施例通过采用湿法非织造技术，将稳定分散的聚合物纳米纤维涂覆于机织织物表面，能够形成结构致密、孔径较小的纳米纤维涂层膜，以解决现有静电纺纳米纤维直接成网技术所导致的纳米纤维层结构疏松、孔径大、厚度大、难以形成表面周期纹理结构的问题。

由图2、图3可以看出，步骤S3中形成的聚哌嗪酰胺纳滤分离层均匀包覆于纳米纤维涂层膜表面，使制得的纳滤膜材料整体呈现斜纹周期纹理结构及峰谷结构，形成了多尺度表面结构，有利于提升纳滤膜的渗透性与抗污性，以便将其应用于切向流液体的纳滤领域。

实施例2～6及对比例1

实施例2～6分别提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S2中使用的机织织物的纹理及纳米纤维悬浮液的涂覆厚度与涂覆密度，其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。

对比例1则提供了一种纳滤膜材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于将步骤S2中使用的机织织物改为无纺布，其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。

为比较各实施例及对比例制备的纳滤膜材料的性能区别，对实施例1～6及对比例1制备的纳滤膜材料的水渗透率、Na₂SO₄截留率和通量恢复率进行测试，测试过程中的预压压力为0.6MPa，测试压力为0.48MPa，Na₂SO₄盐浓度为1000ppm，BSA浓度为000ppm。各实施例及对比例对应的工艺参数及性能参数如表1所示。

表1实施例1～6及对比例1的工艺参数设置及性能参数

由表1可以看出，因制备过程中机织织物类型不同、涂覆厚度以及涂覆密度等相关参数值的差异，实施例1～6制备的多尺度表面结构纳米纤维涂层基纳滤膜的水通量和截留率具有一定差异，但整体表现出了同时较高的水通量和截留率。通过对实施例1与对比例1的比较可以看出，具有多尺度表面结构的纳滤膜，不仅显著提升纳滤膜的水渗透率和分离截留性能，同时在纳滤膜的抗污性能方面更有显著的提升。

实施例7～10

实施例7～10分别提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S3中哌嗪(PIP)、三乙胺(TEA)及均苯三甲酰氯(TMC)的浓度及反应时间，其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。各实施例对应的工艺参数及性能参数如表2所示。

表2实施例7～10的工艺参数设置及性能参数

由于界面聚合过程受扩散控制，不同单体的结构和化学性质、不同的水相浸泡时间以及不同的界面聚合时间会导致其在两相中溶解性和扩散速率的差异，最终形成不同交联程度、孔径、亲疏水性的选择分离层。选择合适的界面聚合单体、水相浸泡时间和界面聚合时间对制备更优异性能的纳滤膜具有决定性作用。

结合表2可以看出，水相单体哌嗪(PIP)的浓度变化对纳滤膜性能的影响是：PIP作为水相单体，其浓度增加，会导致分离层中残留胺基含量增加，从而提高了正电荷含量，可增大纳滤膜对二价阳离子的截留率。

水相单体三乙胺(TEA)的浓度变化对纳滤膜性能的影响是：TEA作为水相添加剂，能够中和界面聚合的产物HCl，促进反应正向进行，从而可有效提升纳滤膜的水渗透率。

油相单体均苯三甲酰氯(TMC)的浓度变化对纳滤膜性能的影响是：TMC作为油相单体，其浓度增加，膜电荷密度降低，交联度提高，从而界面反应速率加快，迅速形成膜层，对单体的进一步反应产生扩散阻力，从而提高复合膜的盐离子截留率。

界面聚合工艺参数对纳滤膜性能的影响是：随着水相溶液的浸泡时间以及界面聚合时间的增长，排异反应会大大增加，加强复合膜的电荷密度，从而提高纳滤膜的水渗透率及截留率。但太长的反应时间，会导致总的排斥反应性能并不理想。

基于上述方式，本发明能够通过在一定范围内调节界面聚合过程水相单体、油相单体的浓度及反应时间对制得的纳滤膜材料的性能进行有效调控。同时，尽管实施例7～10制备的多尺度表面结构纳米纤维涂层基纳滤膜的水通量和截留率具有一定差异，但整体表现出了较高的水通量、截留率以及较好的抗污性能，能够满足实际应用的需求。

综上所述，本发明提供了一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料及其制备方法与应用。通过将具有表面周期纹理的机织织物作为基材，并采用湿法非织造技术在机织织物表面负载聚合物纳米纤维涂层，形成具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜；再采用界面聚合法制备聚哌嗪酰胺纳滤分离层，并使其包裹覆盖于聚合物纳米纤维涂层，使聚哌嗪酰胺纳滤分离层同时具备表面周期纹理结构和峰谷结构，形成具有多尺度表面结构的纳滤膜材料。通过上述方式，本发明能够赋予纳滤膜材料多尺度的表面结构，有效提升其渗透性与抗污性，使其能够应用于切向流液体的纳滤领域；且该纳滤膜材料的制备工艺简单、可控性强，易于规模化制备，能够满足实际工业化生产与应用的需求。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解，本发明提供的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料中，聚合物纳米纤维涂层中聚合物纳米纤维的直径可以为50～500nm，聚合物纳米纤维的材质可以是乙烯乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酯中的一种，并由熔融共混相分离法或静电纺丝法制备而成；该聚合物纳米纤维涂层的厚度可以为2～10μm，密度为5～10g/m²，平均孔径为50～500nm，孔隙率为50％～90％，表面粗糙度为5～200μm；聚哌嗪酰胺纳滤分离层的厚度可以为5～50nm，表面粗糙度可以为1～200μm；机织织物可以由聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线中的一种机织而成；其中，聚合物单丝、聚合物复丝的材质可以为聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚芳酰胺中的一种，其直径可以为30～500μm；该机织织物的表面粗糙度可以是10～200μm，其表面周期纹理结构可以是平纹纹理、斜纹纹理、缎纹纹理中的一种或多种组合，均属于本发明的保护范围。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：包括具有表面周期纹理结构的纳米纤维涂层膜以及负载于所述纳米纤维涂层膜表面的聚哌嗪酰胺纳滤分离层；所述纳米纤维涂层膜包括织物基材以及负载于所述织物基材表面的聚合物纳米纤维涂层，所述聚合物纳米纤维涂层被所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层包裹覆盖；所述织物基材为具有表面周期纹理结构的机织织物，所述聚合物纳米纤维涂层由湿法非织造工艺制备而成，具有与所述机织织物相同的表面周期纹理结构；所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层由水相和油相通过界面聚合而成，具有多尺度表面结构。

2.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚哌嗪酰胺纳滤分离层的厚度为5～50nm，表面粗糙度为1～200μm；所述多尺度表面结构包括所述表面周期纹理结构和表面峰谷结构。

3.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚合物纳米纤维涂层由直径为50～500nm的聚合物纳米纤维组成；所述聚合物纳米纤维涂层的厚度为2～10μm，密度为5～10g/m²，平均孔径为50～500nm，孔隙率为50％～90％，表面粗糙度为5～200μm。

4.根据权利要求1所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述机织织物由聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线中的一种机织而成；所述聚合物单丝、聚合物复丝的材质为聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚芳酰胺中的一种，所述聚合物单丝、聚合物复丝、短纤维纱线的直径均为30～500μm；所述机织织物的表面粗糙度为10～200μm。

5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述机织织物的表面周期纹理结构包括平纹纹理、斜纹纹理、缎纹纹理中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料，其特征在于：所述聚合物纳米纤维的材质为乙烯乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酯中的一种；所述聚合物纳米纤维由熔融共混相分离法或静电纺丝法制备而成。

7.一种具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述纳米纤维悬浮液的固含量为0.2～6.0wt％；在步骤S2中，所述纳米纤维悬浮液的涂覆厚度为2～10μm，涂覆密度为5～10g/cm²；在步骤S3中，所述水相溶液中哌嗪的浓度为0.1～0.6w/v％，三乙胺的浓度为0～0.6w/v％，所述油相溶液中均苯三甲酰氯的浓度为0.15～2w/v％，所述纳米纤维涂层膜在所述水相溶液和所述油相溶液中的浸渍时间分别为1～10min和10～90s。

9.根据权利要求7所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述混合溶剂中，所述有机溶剂与去离子水的质量比为1:1；所述有机溶剂为乙醇、乙酸、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺中的一种。

10.一种权利要求1～6中任一权利要求所述的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料或根据权利要求7～9中任一权利要求所述的制备方法制得的具有多尺度表面结构的纳滤膜材料的应用，其特征在于：所述具有多尺度表面结构的纳滤膜材料应用于切向流液体的纳滤领域。