本發(fā)明屬于空氣凈化領(lǐng)域，具體公開了一種具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，靜電紡絲納米纖維膜因其高比表面積、可調(diào)控孔隙率和互穿孔結(jié)構(gòu)，在油水分離、生物醫(yī)學(xué)、空氣凈化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。傳統(tǒng)均質(zhì)納米纖維膜雖可通過表面改性實現(xiàn)單一浸潤性(如超親水或超疏水)，但其功能單一性特征限制了其在復(fù)雜多相體系中的應(yīng)用。

2、梯度浸潤性納米纖維膜憑借其浸潤性連續(xù)變化的特性，在定向液體輸運(yùn)、智能分離及生物界面工程等領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)梯度膜的構(gòu)建多依賴靜態(tài)工藝，如多組分分層紡絲或后處理改性等，存在梯度精度低、工藝復(fù)雜等缺陷。例如，專利cn114456573a提出通過多針頭交替紡絲實現(xiàn)疏水組分梯度分布，但設(shè)備成本高且難以精準(zhǔn)控制纖維界面。

3、光催化材料，如tio2、zno等，因光照下可觸發(fā)表面化學(xué)基團(tuán)重組或微觀形貌變化，被用于動態(tài)調(diào)控材料浸潤性。專利us20220379521a1利用紫外光照射tio2納米顆粒涂層，實現(xiàn)材料表面親水性增強(qiáng)，但其改性效果呈均勻分布，無法形成梯度特性；文獻(xiàn)(zhang?etal.,2022)報道了光催化誘導(dǎo)的浸潤性切換膜，但仍局限于“全有或全無”式響應(yīng)，缺乏梯度設(shè)計能力。

4、因此，突破傳統(tǒng)工藝對復(fù)雜設(shè)備或化學(xué)試劑的依賴，開發(fā)出一種便捷的梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方式，具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有納米纖維膜的部分應(yīng)用缺點，提供了一種具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜及其制備方法。

2、本發(fā)明中，以pan納米纖維為材料，負(fù)載疏水改性的f-tio2納米顆粒，使納米纖維膜整體表現(xiàn)為疏水性，并賦予其光響應(yīng)特性；由于納米纖維膜內(nèi)部不同深度位置的f-tio2納米顆粒會受到不同強(qiáng)度的紫外光照射，距離纖維膜表面越深，其光功率強(qiáng)度越小，從而導(dǎo)致f-tio2納米顆粒催化分解表面全氟鏈段的速率沿厚度方向逐漸減弱，從而形成浸潤性梯度變化。即紫外光照射后的納米纖維膜從照射面到照射背面呈現(xiàn)親水性逐漸減弱的梯度浸潤性變化。

3、具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)向環(huán)己烷中加入tio2納米顆粒，超聲分散0.5h，再加入全氟試劑，反應(yīng)12h；離心、干燥，得到疏水改性的f-tio2納米顆粒；

5、其中，tio2納米顆粒在環(huán)己烷中的質(zhì)量濃度為1.5％，全氟試劑為1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷，其加入量為環(huán)己烷體積的0.8～1.0％。

6、tio2納米顆粒表面的羥基被全氟基團(tuán)取代，使得f-tio2納米顆粒具有超疏水性。

7、(2)向n,n-二甲基甲酰胺中加入疏水改性的f-tio2納米顆粒，超聲處理0.5h，得到混合溶液；將聚丙烯腈溶解于混合溶液中，再超聲處理2h，室溫攪拌8h，得到均勻的靜電紡絲液；

8、其中，聚丙烯腈的質(zhì)量濃度為13％；f-tio2納米顆粒為聚丙烯腈質(zhì)量的5～15％。

9、(3)將靜電紡絲液通過靜電紡絲法制備出f-tio2/pan納米纖維膜，得到疏水性納米纖維膜。

10、其中，靜電紡絲時間為5～70min，納米纖維膜厚度為5～60μm；采用直接負(fù)載的方法可以使f-tio2納米顆粒均勻負(fù)載在納米纖維上，復(fù)合納米纖維膜表現(xiàn)為疏水性。

11、(4)將疏水性復(fù)合納米纖維膜在黑暗條件下置于紫外燈下垂直照射，得到具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜。

12、其中，疏水性納米纖維膜的表面與紫外燈工作距離為5～10cm，紫外光的波長為100～400nm，紫外光照時間為5～30min；紫外燈光功率強(qiáng)度為0～300mw/cm2。

13、本發(fā)明方法制備的是一種具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜；該納米纖維膜應(yīng)用于空氣凈化、液體傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

14、本發(fā)明有益效果：

15、本發(fā)明中具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的構(gòu)建主要依靠tio2納米顆粒在紫外光誘導(dǎo)下，光子能量被吸收，電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，形成高活性的空穴-電子對，能將吸附在顆粒表面的水分子或羥基離子氧化成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，而這些羥基自由基能夠催化分解f-tio2納米顆粒表面上接枝的全氟鏈段。由于f-tio2納米顆粒在納米纖維內(nèi)部均勻負(fù)載，當(dāng)紫外光垂直照射時，納米纖維膜內(nèi)部不同深度位置接受紫外光照強(qiáng)度不同，對表面接枝的全氟鏈段產(chǎn)生差異性分布的分解速率，進(jìn)而影響膜孔道表面的化學(xué)成分，從而構(gòu)建了梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)。

16、本發(fā)明使用的靜電紡絲及光催化誘導(dǎo)方法制備的梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)納米纖維膜具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、透氣性良好、過濾效率高等特點。這種功能性靜電紡納米纖維膜可以快速連續(xù)的將水分由疏水面?zhèn)鬟f到親水面，可以實現(xiàn)單向?qū)窈涂焖傥?，通過對調(diào)控光誘導(dǎo)作用，還可以實現(xiàn)一定的防水能力。

技術(shù)特征：

1.一種具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，其特征在于，所述納米纖維膜是先制備摻雜f-tio2納米顆粒的pan紡絲溶液，再采用靜電紡絲法制備疏水性復(fù)合納米纖維膜，最后經(jīng)紫外照射得到具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜。

2.如權(quán)利要求1所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，其特征在于，所述摻雜f-tio2納米顆粒的pan紡絲溶液的制備方法步驟如下：

3.如權(quán)利要求2所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，其特征在于，tio2納米顆粒在環(huán)己烷中的質(zhì)量濃度為1.5％，全氟試劑為1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷，其加入量為環(huán)己烷體積的0.8～1％。

4.如權(quán)利要求2所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，其特征在于，pan紡絲溶液中聚丙烯腈的質(zhì)量濃度為13％；f-tio2納米顆粒為聚丙烯腈質(zhì)量的5～15％。

5.一種如權(quán)利要求1所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法步驟如下，

6.如權(quán)利要求5所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜的制備方法，其特征在于，靜電紡絲時間為：5～70min，得到的疏水性復(fù)合納米纖維膜的厚度為：5～60μm。

7.如權(quán)利要求5所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜的制備方法，其特征在于，紫外光的波長為：100～400nm，紫外燈光功率強(qiáng)度為：0～300mw/cm2，紫外光照射時間為：5～30min，疏水性納米纖維膜的表面與紫外燈工作距離為：5～10cm。

8.一種如權(quán)利要求1所述的具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜的應(yīng)用，其特征在于，所述納米纖維膜用于空氣凈化、液體傳輸領(lǐng)域。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于空氣凈化領(lǐng)域，具體公開了一種具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜及其制備方法，向聚丙烯腈(PAN)紡絲溶液中摻雜疏水性二氧化鈦(F?TiO<subgt;2</subgt;)納米顆粒，采用靜電紡絲技術(shù)制備了疏水性復(fù)合納米纖維膜，F(xiàn)?TiO<subgt;2</subgt;納米顆?？稍谧贤夤庀掳l(fā)生響應(yīng)產(chǎn)生活性自由基催化分解表面接枝的全氟鏈段，實現(xiàn)浸潤性沿膜厚方向上的逐漸變化，構(gòu)筑具有梯度浸潤性孔道結(jié)構(gòu)的納米纖維膜。

技術(shù)研發(fā)人員：朱肖,吳一美,仲兆祥,趙曉燕,汪稱意,鐘璟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15