[发明专利]功能性纳米零价铁/聚合物复合膜的原位制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能性纳米零价铁/氧化聚丙烯腈复合膜的制备方法，属于纳米零价铁的制备领域，特别是涉及功能性纳米零价铁/氧化聚丙烯腈复合膜的原位制备方法。 

背景技术

随着水处理技术的不断完善，各种新型水处理材料的研究引起了人们广泛的重视。在环境科学领域，由于纳米材料的高比表面积可以大幅度提高水处理材料与污染物之间的作用效率，应用于水处理方面的纳米技术研究也日益增多。其中，纳米零价铁以其强还原性和廉价易得等优势成为了近十年来关注度最高的水处理纳米材料。通过还原反应和吸附作用，零价铁可有效去除废水中的有机氯化物、硝酸盐、部分重金属离子、放射性元素、病毒和天然有机物等，并且对硝基酚类和蒽醌类等印染废水也有较好的脱色效果。 

在处理工业废水领域中，零价铁主要作为预处理技术将废水中难降解大分子中的强键破坏，提高后续水处理的完全性。但是，由于纳米零价铁的颗粒尺寸较细小，容易发生团聚现象影响反应活性和速度，所以为了提高其在还原反应中的稳定性和分散性，需要通过表面处理及特殊载体固定化的方法稳定反应效率，表面修饰和载体的选择成为该领域的一个研究热点。如专利“可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子及其制备方法”(专利申请号：CN200810052476.4)通过壳聚糖进行表面修饰，提高了纳米零价铁粒子的抗氧化性能。又如专利“一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂及制备方法”(专利申请号：CN200910028413.X)利用离子交换与吸附树脂为载体，克服了纳米零价铁易团聚等缺点，对环境中的微污染物具有较好的催化降解特性。 

但是，对纳米零价铁进行表面修饰会在一定程度上阻碍其余污染物的反应能力，且容易引起二次污染。同时，选用颗粒状载体虽能提高纳米零价铁的分散性，但不易回收和再生，限制了颗粒状载体的应用。在近期的研究中，高聚物膜载体的引入使得纳米零价铁复合材料可以有效的和污水分离，便于进行回收及再生， 所以寻求一种能与纳米零价铁牢固结合，具有良好稳定性且疏松多孔的连续介质作为纳米零价铁的载体，将有助于提高水处理的效率。 

聚丙烯腈是一种常见的膜材料，具有优异的耐溶剂性、热稳定性和化学稳定性。经过稳定化过程，聚丙烯腈发生了环化反应，线性分子链转化为梯形结构，使得氧化聚丙烯腈膜的稳定性进一步增强。通过酸或碱处理可以将氧化聚丙烯腈膜的末端碳转变为羧基，与金属离子在多孔的膜表面形成稳定的络合物，还原后得到功能性的复合膜材料。 

检索国内外有关纳米零价铁方面的文献和专利结果表明：还没有发现以氧化聚丙烯腈膜为载体材料来制备和固定纳米零价铁的报道。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功能性纳米零价铁/聚合物复合膜的原位制备方法。 

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种功能性纳米零价铁/聚合物复合膜的原位制备方法，其特征在于，具体步骤为： 

第一步：将小分子增塑剂与PAN共混； 

第二步：将第一步得到的混合物在120℃～200℃进行熔融制膜，将其水洗并干燥后得到PAN原膜； 

第三步：以去离子水为溶剂，配制5M～10M的HNO₃溶液和0.5M～1M的NaOH溶液中的至少一种，配制浓度为0.1M～2M的可溶性铁盐溶液和0.1M～1M的NaBH₄溶液； 

第四步：对第二步所得的PAN原膜于230～300℃进行稳定化处理1h～5h，得到氧化PAN膜； 

第五步：将第四步得到的氧化PAN膜浸泡在第三步所得的HNO₃溶液中，在20℃～70℃进行酸改性处理1h～2h；或者，将第四步得到的氧化PAN膜浸泡在第三步所得的NaOH溶液中，在70℃～140℃进行碱改性处理0.5h～2h；得到带有羧基的氧化PAN膜； 

第六步：将第五步所得的带有羧基的氧化PAN膜浸泡在第三步所得的可溶性铁盐溶液中1h～48h，使羧基与铁离子络合形成稳定的络合物，得到络合有铁离子的氧化PAN膜，在所述的络合有铁离子的氧化PAN膜上滴加第三步所得的 时，残余率随时间变化的曲线图。 

附图说明

图1 为本发明制备的改性氧化聚丙烯腈膜的FESEM图； 

图2为本发明制备的纳米零价铁/氧化聚丙烯腈复合膜的FESEM图；

图3为本发明制备的纳米零价铁/氧化聚丙烯腈复合膜的EDS图；

图4为本发明制备的聚丙烯腈膜经稳定化、改性和负载前后的FTIR图；