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如何通过改性提升纳米纤维滤膜的亲水性?

2025-01-28 14:04:14
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  纳米纤维滤膜因其独特的纳米级孔径和高比表面积,在众多领域展现出巨大应用潜力。然而,部分纳米纤维滤膜本身亲水性不佳,限制了其在如液体过滤、生物医学等领域的进一步应用。因此,通过改性提升其亲水性至关重要,以下为几种常见的改性方法。

  化学接枝改性:这是一种较为常用的方法。通过化学反应,在纳米纤维表面引入亲水性基团,如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、氨基(-NH₂)等。例如利用等离子体处理,使纳米纤维表面产生活性位点,然后与含有亲水性基团的单体发生接枝聚合反应。以聚丙烯腈纳米纤维滤膜为例,经过等离子体处理后,再与丙烯酸单体接枝,成功引入羧基,显著提高了滤膜的亲水性,接触角大幅降低,在水过滤应用中通量明显提升。

纳米纤维滤膜

  表面涂层改性:在纳米纤维滤膜表面涂覆一层亲水性材料。如使用聚乙二醇(PEG),它具有良好的亲水性和生物相容性。将 PEG 溶液通过浸涂、喷涂等方式涂覆在纳米纤维滤膜表面,形成一层均匀的亲水性涂层。这种方法操作相对简单,能快速赋予滤膜亲水性。而且 PEG 涂层还能降低滤膜表面的蛋白质吸附,在生物医学检测应用中,可有效避免因蛋白质吸附导致的检测误差,提高检测灵敏度和准确性。

  共混改性:将亲水性聚合物与纳米纤维的基体聚合物进行共混纺丝。比如将亲水性的聚乙烯醇(PVA)与疏水性的聚偏氟乙烯(PVDF)共混制备纳米纤维滤膜。PVA 的加入不仅提升了滤膜的亲水性,还改善了其机械性能。通过调整 PVA 与 PVDF 的比例,可以准确控制滤膜的亲水性和其他性能,以满足不同应用场景的需求,在油水分离领域,这种共混改性的滤膜能有效分离油水混合物,对水的选择性透过率大幅提高。

  纳米粒子改性:在纳米纤维制备过程中引入亲水性纳米粒子,如二氧化硅纳米粒子。这些纳米粒子分散在纳米纤维中,其表面丰富的羟基能增强滤膜的亲水性。同时,纳米粒子还能起到增强作用,提高滤膜的机械强度和稳定性。在空气过滤应用中,负载二氧化硅纳米粒子的纳米纤维滤膜,不仅能有效过滤空气中的颗粒物,还能利用其亲水性吸附空气中的水汽,避免因水汽凝结导致的滤膜堵塞,延长滤膜使用寿命 。


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