一种无泡曝气用的Janus膜材料及其制备方法专利检索-制造纺织品例如用纤维或长丝原料专利检索查询-专利查询网

一种无泡曝气用的Janus膜材料及其制备方法
申请号	CN202211724817.4	申请日	2022-12-30	公开(公告)号	CN117822208A	公开(公告)日	2024-04-05
申请人	南京瑞洁特膜分离科技有限公司;			发明人	张伯武; 李海霞; 周保昌;
摘要	本发明公开了一种无泡曝气用的Janus膜材料及其制备方法，Janus膜材料依次由亲水层、中间层和疏水层组成；所述亲水层由亲水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液A 静电纺丝而成；所述疏水层由疏水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液B静电纺丝而成；所述中间层由纺丝液A和纺丝液B同时静电纺丝而成；所述亲水层、中间层和疏水层上的疏水性介孔纳米颗粒以及纤维丝之间形成的孔隙构成膜材料中贯通的曝气通道。该Janus膜材料可被制作成板框式或碟式曝气膜组件，常应用于生物膜反应器。
权利要求	1.一种无泡曝气用的Janus膜材料，其特征在于：依次由亲水层、中间层和疏水层组成；所述亲水层由亲水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液A静电纺丝而成；所述疏水层由疏水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液B静电纺丝而成；所述中间层由纺丝液A和纺丝液B同时静电纺丝而成；所述亲水层、中间层和疏水层上的疏水性介孔纳米颗粒以及纤维丝之间形成的孔隙构成膜材料中贯通的曝气通道。 2.权利要求1所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)配制纺丝液A和纺丝液B，将纺丝液A在电压为10～20kV的静电场下由纺丝头挤出成丝并沉积在转鼓表面，得到亲水的纤维膜层；其中，纺丝头至转鼓表面的接收距离为10～ 20cm，转鼓转速为200～2000rpm，纺丝时间为6～12h； (2)将纺丝液A与纺丝液B在步骤(1)的纺丝条件下分别由不同的纺丝头同时挤出纺丝并沉积在步骤(1)所得的亲水膜层表面，得到中间膜层； (3)将纺丝液B在步骤(1)纺丝条件下由纺丝头挤出纺丝并沉积在中间膜层表面，构成疏水膜层； (4)从转鼓上取下步骤(1)～(3)所得的具有三层结构的纤维膜，在温度为70～120℃、压力为5～20MPa下热压10～120min，得到包含三层结构的Janus膜材料。 3.根据权利要求2所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纺丝液A由如下组分混合而成：5～20％亲水性聚合物以及80～90％的有机溶剂；所述纺丝液A中还含有亲水性聚合物质量5～25％的疏水性介孔纳米颗粒；所述纺丝液B由如下组分混合而成：5～20％疏水性聚合物以及80～90％的有机溶剂；所述纺丝液B中还含有疏水性聚合物质量5～25％的疏水性介孔纳米颗粒。 4.根据权利要求3所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于：所述纺丝液A与纺丝液B中疏水性介孔纳米颗粒为疏水化的介孔纳米二氧化硅、氧化铝、二氧化钛或介孔碳纳米球，所述疏水性介孔纳米颗粒的直径为50～200nm，孔径5～20nm。 5.根据权利要求3所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于：所述亲水性聚合物为乙烯‑乙烯醇共聚物、聚乙烯醇缩丁醛树脂或改性纤维素中的一种或多种。 6.根据权利要求3所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于：所述疏水性聚合物为聚偏氟乙烯及其共聚物、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的一种或多种。 7.根据权利要求3所述的无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，其特征在于：所述纺丝液A与纺丝液B中的有机溶剂为醇类溶剂、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮或二甲亚砜中的一种或多种。
说明书全文	一种无泡曝气用的Janus膜材料及其制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种无泡曝气膜及其制备方法，尤其涉及一种无泡曝气用的Janus膜材料及其制备方法。背景技术 [0002] 无泡曝气技术常用于废水处理和污染水域修复工程，其基本原理是将加压空气或纯氧连续通入曝气膜组件内腔中，并保持曝气压力低于泡点压力，污水在膜外流动；在膜两侧氧压差的推动下，气腔内的氧透过膜壁或膜壁上的微孔直接扩散进入膜外的水体中。该技术在低曝气压力、不产生肉眼可见气泡的情况下直接把氧气溶解到水体中，具有节能、氧利用率高等优点。 [0003] 曝气膜材料是无泡曝气技术的核心。常用的疏水性微孔曝气膜的疏水作用较强，膜孔较大，污水中的生物质碎片容易吸附沉积在疏水层表面或迁移入膜孔内部造成通道堵塞，传质阻力增大，导致严重的膜污染；同时水分子也易浸湿膜孔而渗入曝气膜组件腔体内，占据曝气通道，填塞腔体内部体积，导致曝气速率变低，缩短膜组件的使用寿命。发明内容 [0004] 发明目的：本发明目的旨在提供一种无泡曝气用的Janus膜材料，该Janus膜材料具有曝气速率高、耐膜污染的性能；本发明另一目的是提供上述Janus膜材料的制备方法。 [0005] 技术方案：本发明所述的无泡曝气用的Janus膜材料，包含亲水层、中间层和疏水层；所述亲水层由亲水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液A静电纺丝而成；所述疏水层由疏水性聚合物与疏水性介孔纳米颗粒形成的纺丝液B静电纺丝而成；所述中间层由纺丝液A和纺丝液B同时静电纺丝而成；所述亲水层、中间层和疏水层上的疏水性介孔纳米颗粒以及纤维丝之间形成的孔隙构成膜材料中贯通的曝气通道；所述亲水层作为曝气膜材料的亲水表面；所述疏水层作为曝气膜材料的疏水表面。 [0006] 使用中，所述无泡曝气膜材料的亲水表面与污水接触，有利于水中污染物向膜表面扩散和微生物黏附生长，污水中生物代谢片段中的亲水链段贴合在亲水面亲水性聚合物上，形成稳定的生物膜，进而利于降解污染物，同时可防止其它污染物进入膜材料内部堵塞曝气通道；亲水层中的疏水性介孔纳米颗粒可提供更多的曝气通道，同时增强膜材料的力学强度；曝气膜材料的疏水面接触压缩气体，疏水层的存在使水分子克服毛细压力作用进入孔内的入孔水压力增大，进而阻止污水中的水分子渗入膜组件内腔而挤占气体体积，同时也避免了水分子占据曝气通道使得曝气压力增大，造成曝气速率不高的问题。 [0007] 上述无泡曝气用的Janus膜材料的制备方法，包括如下步骤： [0008] (1)配制纺丝液A和纺丝液B，将纺丝液A在电压为10～20kV的静电场下由纺丝头挤出成丝并沉积在转鼓表面，得到亲水的纤维膜层；其中，纺丝头至转鼓表面的接收距离为10～20cm，转鼓转速为200～2000rpm，纺丝时间为6～12h； [0009] (2)将纺丝液A与纺丝液B在步骤(1)的纺丝条件下分别由不同的纺丝头同时挤出纺丝并沉积在步骤(1)所得的亲水膜层表面，得到中间膜层； [0010] (3)将纺丝液B在步骤(1)纺丝条件下由纺丝头挤出纺丝并沉积在中间膜层表面，构成疏水膜层； [0011] (4)从转鼓上取下步骤(1)～(3)所得的具有三层结构的纤维膜，在温度为70～120℃、压力为5～20MPa下热压10～120min，得到包含三层结构的Janus膜材料。 [0012] 采用静电纺丝技术进行分层纺丝，中间层由亲水性纺丝液与疏水性纺丝液进行混纺得到，增加了亲水层与疏水层膜材料的结合强度，在上述纺丝条件下制得的纤维丝，丝径适中且纤维丝互相粘连，介孔纳米颗粒可以均匀分布在纤维丝内部及表面；后续进行热压操作，增加了纤维丝之间的粘连并降低了曝气膜纤维丝之间的间隙，防止水分子透过较大的纤维丝间隙进入膜组件内腔。 [0013] 纺丝工作时，纺丝头等距排列并处在平移运动中，当其挤出液滴后，液滴在静电力场作用下拉伸形成纤维丝，能够均匀沉积在转鼓上，为保证工作效率一般纺丝头个数不少于2个。 [0014] 进一步地，步骤(1)中，所述纺丝液A由如下组分混合而成：5～20％亲水性聚合物以及80～90％的有机溶剂；所述纺丝液A中还含有亲水性聚合物质量5～25％的疏水性介孔纳米颗粒；所述纺丝液B由如下组分混合而成：5～20％疏水性聚合物以及80～90％的有机溶剂；所述纺丝液B中还含有疏水性聚合物质量5～25％的疏水性介孔纳米颗粒。 [0015] 纺丝液中聚合物浓度过高时，在纺丝过程中会堵住针头，无法挤出液滴；当聚合物浓度过低时，在纺丝过程中无法抽拉成丝；纺丝液中疏水性介孔纳米颗粒含量过低时无法提供足够的曝气通道，导致其曝气速率较低；疏水性介孔纳米颗粒含量过高时，容易造成纺丝不连续，出现纳米颗粒聚集体，导致纤维丝力学强度变差。 [0016] 进一步地，所述纺丝液A与纺丝液B中疏水性介孔纳米颗粒为疏水化的介孔纳米二氧化硅、氧化铝、二氧化钛或介孔碳纳米球，所述疏水性介孔纳米颗粒的直径为50～200nm，孔径5～20nm。 [0017] 疏水性介孔纳米颗粒主要为曝气膜材料提供曝气通道，在保证其力学强度的同时，气体分子主要从疏水性介孔纳米颗粒的介孔中通过，孔径过小时气体分子通过膜材料的压力要求较大，孔径过大时膜材料的入孔水压力变小，污水容易渗入膜组件内腔，造成曝气效率降低。 [0018] 进一步地，所述亲水性聚合物为乙烯‑乙烯醇共聚物、聚乙烯醇缩丁醛树脂(如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛等)、改性纤维素(如醋酸纤维素、羧甲基纤维素等)中的一种或多种；所述疏水性聚合物为聚偏氟乙烯及其共聚物、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈中的一种或多种。本发明选用的亲水性聚合物和疏水性聚合物，在特定的纺丝条件下，在转鼓上沉积的纤维丝在搭接处发生部分溶并现象，能够彼此粘连，保证曝气膜材料的力学强度，同时能够连接一定数量的疏水性介孔纳米颗粒，保证曝气膜材料的曝气速率。 [0019] 进一步地，所述纺丝液A与纺丝液B中的有机溶剂为醇类溶剂(乙醇、异丙醇、丁醇等)、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的一种或多种。 [0020] 本发明Janus膜材料的应用：将Janus膜材料的亲水面朝向外，疏水面朝内黏合固定制成板框式或碟式曝气膜组件，并通入压缩气体应用于生物膜反应器。 [0021] 本发明制得的Janus膜材料的两个膜表面的亲疏水性不相同，一面亲水，另一面疏水。通过调控合适的静电纺丝和热压处理的参数，制得的Janus膜材料的表面和内部分布大量介孔纳米颗粒，与纤维丝间孔隙共同构成贯通的气体传递通道。压缩气体从疏水膜面经膜层通道向亲水层扩散传递，在亲水膜面高效溶解于污水中。 [0022] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明所得的Janus膜材料的亲水膜层利于微生物菌落在膜表面形成稳定的生物膜，同时防止生物质碎片在膜表面的污染吸附，堵塞膜孔，从而出现增大曝气阻力的问题；其疏水层则具有大的水分子浸入膜孔进而渗入膜组件内腔的阻力，保障曝气通道畅通；膜层中介孔纳米颗粒的掺入则可提高膜层的孔隙，提供更多的曝气通道；该材料应用于无泡曝气操作时，其氧气传递效率达到2 28.1g/(m d)。附图说明 [0023] 图1为本发明制备方法中静电纺丝流程示意图； [0024] 图2为实施例1～4所得Janus膜材料的曝气实验数据图；具体实施方式 [0025] 本发明所采用的静电纺丝装置为常规市售成套装置，无特殊要求。 [0026] 实施例1 [0027] (1)将2g聚乙烯醇缩甲醛(PVF)粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，将2g聚偏氟乙烯(PVDF)粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量12.5％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为150nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为10nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0028] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0029] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0030] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0031] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和110℃下热压处理20min，得到Janus膜材料。 [0032] 实施例2 [0033] (1)将2g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)粉体溶解在18g丁醇中，将2g聚丙烯腈(PAN)粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量12.5％的介孔纳米碳球(介孔纳米碳球粒径为150nm，介孔纳米碳球上的孔径为10nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0034] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0035] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0036] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0037] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和80℃下热压处理20min，得到Janus膜材料。 [0038] 实施例3 [0039] (1)将2g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)粉体溶解在18g丁醇中，将2g聚丙烯腈(PAN)粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量12.5％的介孔纳米二氧化钛颗粒(介孔纳米二氧化钛颗粒粒径为80nm，介孔纳米二氧化钛颗粒上的孔径为5nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0040] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0041] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0042] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0043] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和80℃下热压处理20min，得到Janus膜材料。 [0044] 实施例4 [0045] (1)将3g醋酸纤维素(CA)溶解在17g甲基吡咯烷酮中，将3g聚砜(PSf)粉体溶解在17g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量12.5％的介孔纳米氧化铝颗粒(介孔纳米氧化铝颗粒粒径为200nm，介孔纳米氧化铝颗粒上的孔径为20nm)，再在 1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0046] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0047] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0048] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0049] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和110℃下热压处理20min，得到Janus膜材料。 [0050] 实施例5 [0051] (1)将5g乙烯‑乙烯醇共聚物(EVOH)溶解在15g二甲亚砜中，将5g聚醚砜(PES)粉体溶解在15g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量10％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为80nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为5nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0052] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为15kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝4h；得到亲水的纤维膜层； [0053] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0054] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝4h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0055] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在20MPa压力和100℃下热压处理120min，得到Janus膜材料。 [0056] 实施例6 [0057] (1)将3gPVB粉体溶解在17g二甲基甲酰胺中，将3gPAN粉体溶解在17g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量25％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为150nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为10nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0058] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为20kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0059] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0060] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝5h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0061] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在5MPa压力和80℃下热压处理10min，得到Janus膜材料。 [0062] 实施例7 [0063] (1)将1gPVB粉体溶解在19g二甲基甲酰胺中，将1gPAN粉体溶解在17g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量12.5％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为80nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为5nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0064] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为20kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝10h；得到亲水的纤维膜层； [0065] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝8h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0066] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝12h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0067] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和80℃下热压处理10min，得到Janus膜材料。 [0068] 对比例1 [0069] (1)将2gPVF粉体溶解在12g二甲基甲酰胺中，将2gPAN粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0070] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0071] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0072] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0073] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和100℃下热压处理30min，得到Janus膜材料。 [0074] 对比例2 [0075] (1)将2gPVF粉体溶解在12g二甲基甲酰胺中，将2gPAN粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量50％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为150nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为10nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0076] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0077] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0078] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0079] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和100℃下热压处理30min，得到Janus膜材料。 [0080] 对比例3 [0081] (1)将2g PVDF粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，将2gPAN粉体溶解在18g二甲基甲酰胺中，各自向两种聚合物溶液中加入聚合物质量10％的介孔纳米二氧化硅颗粒(介孔纳米二氧化硅颗粒粒径为150nm，介孔纳米二氧化硅颗粒上的孔径为10nm)，再在1000r/min转速下机械搅拌30min，接着放入60℃烘箱中干燥24h，分别得到纺丝液A和纺丝液B； [0082] (2)将纺丝液A置于密闭注射器中，在室温约25℃、湿度约35％下，控制外加电压为17kV，接收距离为15cm，在静电纺丝设备上纺丝5h；得到亲水的纤维膜层； [0083] (3)将纺丝液A和纺丝液B同时置于两个密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，同时用纺丝液A和纺丝液B纺丝4h；在亲水的纤维膜层上沉积中间膜层； [0084] (4)将纺丝液B置于密闭注射器中，在步骤(2)的纺丝条件下，用纺丝液B纺丝6h，在中间膜层上沉积疏水的纤维膜层，纺丝完成后取下含有三层纤维膜层的膜材料； [0085] (5)将上述膜材料用去离子水浸湿后置于平板热压机模具中，在10MPa压力和100℃下热压处理30min，得到Janus膜材料。 [0086] 对上述实施例1～7、对比例1～3所得的Janus膜材料，用接触角测试仪测定水滴(5μL)在膜表面的静态接触角，每个样品最少在不同的位置测定5次，取其平均值；用完整性泡点孔径测试仪测定实施例1～7所得的Janus膜材料的孔径、泡点压力；实施例1～4所得的Janus膜材料的曝气实验由自制膜曝气装置测定，测定结果如图2所示。 [0087] 表1为实施例1～7和对比例1～3所得样品的表面水接触角、平均孔径、泡点压力和氧气传递效率 [0088] [0089] 实施例1～7的结果显示，所得的Janus膜材料同时具有亲水表面和疏水表面，平均孔径较小，泡点压力较低，氧气传递效率较高。其中，平均孔径与热压处理条件有关，热压温度和压力越大，孔径越小；同时介孔纳米颗粒的孔径和粒径显著影响其泡点压力和氧气传递效率。选用较大孔径的介孔纳米颗粒和加大介孔纳米颗粒添加量有利于降低泡点压力并提高氧气传递效率。 [0090] 对比例1说明不加入介孔纳米颗粒，其孔径较大，但泡点压力也变大，氧气传递效率反而下降，原因在于曝气通道较少。对比例2说明加入过多的介孔纳米颗粒，其孔径较大，泡点压力很低，氧气传递效率较高。但由于孔径较大，水分子和污染物容易侵入膜孔引起膜污染。对比例3说明，仅选用疏水性聚合物作为纺丝材料，得到的膜材料两面均呈现疏水性，不利于曝气膜表面形成稳定的生物膜，存在较大的膜污染。

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