[发明专利]一种高比表面积胺化纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子功能纳米纤维膜的制备领域，特别涉及一种高比表面积胺化纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

近年来，功能性螯合纤维在水处理、海水淡化、生物医药、环境监测、催化触媒、化学探针等领域得到广泛应用。由于功能基团是以纤维做载体的，在应用过程中不使用有机溶剂，含功能基团的有机化合物不会在应用时出现残留、泄漏等问题，对环境、人体不会带来污染和毒害，并且，螯合纤维经物理、化学处理后可以再生，重复循环使用。是新型的绿色、低碳环保、经济节能的功能材料。

胺基螯合树脂纤维是应用最广泛的螯合纤维之一，由于胺基可以与众多的金属离子形成配位化合物，它被广泛应用于对过渡金属离子、重金属离子的吸附与分离及化学探针。同时由于富含的胺基具有很高的化学活性，可以用作缓释药物的载体、贵金属的回收、催化触媒、血液透析等领域。并且，胺基可以被酸化，形成-NH₄⁺、--NH₃⁺-、--NH₂⁺-、-NH⁺-等结构的阳离子，可以与众多的阴离子SO₄^2-、UO₂^2-、CrO₄^-、PO₄^3-、NO₃^-等通过静电作用进行吸附，因而在海水淡化、水处理、核工业废水处理等领域也广泛应用。

由静电纺丝制得的纳米纤维无纺布具有纤维直径小、比表面积大、孔隙率高、机械强度好等优点，是非常好的膜材料。与传统的纤维膜相比，纳米纤维膜具有单位面积的官能基团数量大，有利于与靶体充分接触，利用效率高等特点。由于只有纤维表面的官能基团才能与靶体接触，发挥其功能，而纤维内的官能基团由于包覆作用而失去了与靶体接触的机会，从而失去了作用。将静电纺丝得到的纳米纤维表面进行化学、物理处理，形成微观多层次结构如微孔、微纳结构的凹凸等，可以提高其比表面积，提高官能基团与靶体接触的面积，大大提高其利用效率。闵明华等人采用干法静电纺丝方法制备PEI/PES纳米纤维，通过溶剂刻蚀后处理工艺制备出微纳结构PEI/PES纳米纤维亲和膜，对日落黄、固绿、苋菜红、铅离子、铜离子和镉离子的饱和吸附量分别为1000.00mg/g、344.83mg/g、454.44mg/g、94.34mg/g、161.29mg/g和357.14mg/g[Min M H,Shen L D,Hong G S,Zhu M F,Zhang Y,Wang X F,Chen Y M,Hsiao B S,Application of Micro-nano structure poly(ether sulfones)/poly(ethyleneimine)nanofibrous affinity membranes to adsorb anionic dyes and metal cations in aqueous solution,Chem.Eng.J.,2012,197,88-100.]。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高比表面积胺化纳米纤维膜的制备方法，该方法简单易行，原料易得，成本较低，该纳米纤维亲和膜可广泛应用于贵金属离子、重金属离子、过渡金属离子的吸附与分离及化学探针、传感器，环境监测，催化触媒，生物医药，海水淡化，水处理等领域。

本发明的一种高比表面积胺化纳米纤维膜的制备方法，包括：

（1）将重量比为1：0.1-10的两种聚合物材料或聚合物材料和无机盐溶于溶剂中，20-80℃，搅拌溶解4-96h，得静电纺丝液，进行静电纺丝，得到复合纳米纤维膜；

（2）将上述复合纳米纤维膜浸泡在去离子水中，调节pH值为3.0-8.5，20-95℃条件下浸泡2-48h，洗净、烘干，得到多孔、微纳结构的高比表面积纳米纤维膜；

（3）将上述多孔、微纳结构的高比表面积纳米纤维膜浸入去离子水中，加入胺化反应试剂，在50-200℃条件下，进行胺化反应1-40h，然后将纤维膜取出，去离子水洗至中性，烘干，得到多孔、微纳结构的高比表面积胺化纳米纤维膜。

所述步骤（1）中聚合物材料为聚丙烯腈PAN和聚氧化乙烯PEO、聚乙烯醇PVA、壳聚糖CS、聚N-乙烯基吡咯烷酮PVP、聚醚砜PES、聚乙烯亚胺PEI、聚乙二醇PEG、聚丙烯酸PAA、聚乳酸PLA、醋酸纤维素CA中的一种。