[发明专利]用于重金属离子吸附的改性纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热塑性纤维素衍生物与降解高分子复合制备纳米纤维复合膜的方法，涉及一种用于重金属离子吸附的改性纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜制备方法。本发明制得的纳米纤维复合膜特别适用于重金属离子的吸附富集分离和重金属废水的净化处理、以及放射性核素吸附分离回收等领域。

背景技术

纤维素是一种天然可再生资源，由于其具有资源丰富、可再生、可降解等优点，因而广泛应用于环保、化工、包装、食品及医药等领域。可降解的纤维素改性材料的应用，可替代部分合成高分子材料，大大减少石油资源的利用，缓解目前合成高分子材料应用造成的石油资源短缺和环境污染问题。因此，开发利用纤维素可再生资源，对于节约石油资源、保护生态环境、实现可持续发展等具有重要意义。热塑性羧甲基纤维素是纤维素通过酯化、醚化、接枝共聚改性获得的一种可降解、强疏水、可热塑、可静电纺丝的材料，它的开发和利用为纤维素资源利用和石油化工塑料替代产品开发开辟了新的途径。

聚乳酸是一种以乳酸原料人工半合成的环境友好高分子材料，具有无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性和生物可降解性，强度高，可塑性好，易加工成型，因而广泛应用包装、医药、环保等领域。将热塑改性的纤维素基材料与聚乳酸进行共混，采用静电纺丝技术手段制备纳米纤维复合膜，可以大大提高纤维素基材料的机械强度和化学稳定性，并运用于重金属废水和有机废水处理。

近年来随着工业生产和城市现代化水平发展，采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、制革和造纸等工业的迅速发展，这些行业产生的含铅、汞、镉、铬、镍、铜、锌等重金属的废水排入天然水体后，不仅对水生生物构成威胁，而且可能通过沉淀、吸附及食物链而不断富集，破坏生态环境，并最终危害到人类的健康，这已经引起世界范围的广泛关注，有效去除废水中的重金属离子已经成为当前十分迫切的任务。对重金属废水的治理包括传统方法和新技术。其中，较传统的方法有化学沉淀法、电化学法、吸附法和膜分离法等。新技术有纳米技术、光催化法、新型介孔材料和基因工程等。因此，研究开发高效、成本低廉、易再生、可降解的重金属废水处理材料是当前环境友好材料及环境治理研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种用于重金属离子吸附的改性纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜制备方法；本发明制得的纳米纤维复合膜并将其应用于重金属废水处理，为可再生纤维素资源的大规模开发利用、新型纳米纤维复合膜材料的开发应用，解决重金属废水提供有效途径。

本发明的内容是：用于重金属离子吸附的改性纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、共混纺丝溶液制备：将热塑性羧甲基纤维素（即改性纤维素）与聚乳酸按重量比10～90：90～10的比例取量混合成混合料，再取该混合料10～100重量份加入到100～500重量份有机溶剂中，搅拌溶解0.5～2小时后，再超声震荡0.2～1小时（采用超声震荡装置，以除去气泡等），制成共混溶液（共混溶液中混合料的重量百分比浓度较好的为2%～20%）；

b、静电纺丝：将共混溶液加入到静电纺丝装置中，经静电纺丝后，接收即得到纳米纤维复合膜；该静电纺丝的工艺步骤方法同现有技术；

c、干燥：将得到的热塑性羧甲基纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜在温度20～45℃下干燥0.2～2.0小时，即制得纳米纤维复合膜材料成品；该纳米纤维复合膜成品可以为直径50nm～5000nm、膜厚度10μm～50μm的纳米纤维复合膜。

本发明的内容中：所述步骤b静电纺丝可以整体替换为：将共混溶液加入到静电纺丝装置中，在电压8～24kv、注射泵流速0.2～1.5mL/h、接收距离8～25cm的条件下经静电纺丝、接收即得到热塑性羧甲基纤维素/聚乳酸纳米纤维复合膜。

本发明的内容中：步骤b所述静电纺丝装置包括高压电源、纺丝针头、纺丝液供给装置、以及纤维收集装置；控制高压电源电压为8～24kv、纺丝环境温度为0～50℃，启动纺丝装置进行静电纺丝，纤维收集装置收集纤维，干燥，即制得纳米纤维复合膜。

本发明的内容中：所述静电纺丝装置中的纺丝液供给装置包括有注射泵和注射器，纤维收集装置为接收屏；步骤b所述静电纺丝为：将步骤a制得的共混溶液抽取到注射器中，固定设置，控制纺丝电压为8～24kv、接收屏与注射器针头的喷丝口之间的距离为8～25cm、注射器针头流出的纺丝溶液的流量为0.2mL/h～1.5mL/h、纺丝环境温度为0～50℃，启动纺丝装置进行静电纺丝，在接受屏上收集纤维，再经干燥，即制得纳米纤维复合膜。