《聚合物纳米纤维材料产业化关键技术及其在液体分离领域的应用》

该项目属于纺织材料和过滤分离技术的交叉学科领域。纺织材料作为重要的基础性材料,已越来越广泛、深入地渗透并服务于环境治理和能源电子等新兴产业,亟需通过结构和功能创新满足产业发展的多样化需求。微纳米结构化与功能化是创新的主要途径。纳米纤维材料具有尺度小、比表面积高、易于功能化等突出优点,在高性能过滤分离领域应用优势显著、市场潜力巨大。然而,制备效率低、应用形式单一已成为制约纳米纤维材料发展及应用的国际性难题,纳米纤维材料产业化生产关键技术被中国科协列入重大科学问题和重大工程技术难题。在国家863计划等项目的支持下,经过近十年攻关,获得以下成果:

1.突破了热塑性聚合物纳米纤维的绿色、宏量制备关键技术瓶颈。发明了以生物质纤维素酯材料为基体、通用热塑性聚合物为分散相的熔融共混相分离制备纳米纤维的新方法;揭示了相分离过程中纳米纤维形态结构的精确调控机理;建立了纳米纤维形态结构与生产工艺参数的对应关系;提出了纤维素酯循环使用可行性的评判依据,实现了纤维素酯和溶剂的回收再利用;丰富了纳米纤维的种类。

2.率先发明了基于纳米纤维悬浮液的材料制备新技术,解决了纳米纤维应用形式单一的困境。发明了通过调控分子间作用力实现纳米纤维解缠结及稳定分散的新技术;提出了将纳米纤维浆料化,借助涂覆、浸渍或印刷等方法实现多样化应用的新思路,为基于纳米纤维的多组份、多级结构材料的可控制备提供了新途径。

3.发展了纳米纤维涂层产业化技术,突破了纳米纤维涂层的均匀度、孔隙结构、结合强度间的协同优化难题。提出了通过气流辅助雾化实现纳米纤维悬浮液均匀涂层的新方法,建立了悬浮液的流变性能、涂层工艺参数与结构的对应关系,实现了纳米纤维涂层材料的规模化生产。

4.攻克了高性能、多功能纳米纤维基液体过滤分离膜材料及组件的产业化技术。发明了适用于纳米纤维材料的固相合成及化学沉积等功能化技术,研制了具有耐污、吸附或催化功能的纳米纤维涂层复合膜材料,自主设计了高效液体过滤分离复合膜组件,解决了现有液体过滤分离膜材料耐污性差,不易功能化的技术难题,满足了新兴产业对液体过滤分离膜材料的多样化需求。

项目共申请专利43项(其中授权发明专利13项,实用新型专利5项),发表论文42篇;经蒋士成院士领衔的专家组鉴定,关键技术居国际领先水平;项目完成人获中国青年科技奖、美国纤维学会杰出成就奖。成果应用于饮用水净化、能源电子化工及医疗用品等产业的给排水处理等领域;近三年直接经济效益4808.235万元,为中国新兴产业的发展提供了具有自主知识产权的高性能过滤分离膜材料,经济社会效益突出。

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