[发明专利]一种普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纳米纤维技术领域，尤其涉及一种普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

普鲁士蓝（Prussian blue，PB）是一种常见的六氰合铁酸盐，具有优良的电化学可逆性、高度的稳定性且廉价、易制备等优点，可制成高灵敏度和高选择性的传感器。但PB修饰电极在中性或碱性的溶液中不稳定，易溶解而脱落。

随着纳米技术的发展,纳米材料在传感器领域的应用越来越引起人们的关注，纳米微粒以及纳米纤维本身所固有的量子尺寸效应、表面效应等,使之在磁、光、电、传感等方面展现出许多常规粒子或纤维所不具备的特有性质。利用纳米材料甚高的比表面积与活性,可以显著地提高催化效率。因此，纳米材料在电化学反应中作为电子传递媒介较常规材料有独特的优势。

静电纺丝为制备各种超细纤维例如高分子材料、复合材料、陶瓷材料等提供了一种简单而通用的方法。一般的装置如图8所示，主要分三个部分：高压电源1、推进装置和金属喷丝头（毛细管）2、接地的接收装置3。高压电源一般为直流，大小为10～50KV，推进装置包括注射器4和注射泵，金属喷丝口2和注射器连接4，注射器由注射泵5控制，可以恒定注射量。纺丝液主要受三种力，静电排斥力、库仑引力和表面张力。当电压达到一定值后，库仑引力克服表面张力喷出，形成无纺织布。

目前已经超过50种的高分子有机物可以纺丝，直径一般在几十个纳米到几个微米之间，正因为得到的纳米纤维直径小、比表面积大，在生物医学、组织工程等领域具有很多潜在的应用价值。

目前已有研究报道了静电纺丝制备天然高聚物纳米纤维膜、人工合成高聚物纳米纤维膜以及无机物或有机物掺杂的高聚物复合纳米纤维膜，然而结合静电纺丝技术制备普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，目前尚未见报道。

发明内容

本发明提供了一种普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法，该方法可获得均匀、稳定的复合纳米纤维膜，提高了普鲁士蓝的稳定性，且制备方法简单易于控制。

一种普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜的制备方法，包括：

将普鲁士蓝、聚偏氟乙烯分散于N,N-二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂中，配置得到纺丝液，采用静电纺丝制备得到普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。

普鲁士蓝的加入量影响纺丝液的导电性，从而影响纺丝液的可纺性以及纺制的纤维的形貌，优选的，所述纺丝液中普鲁士蓝的质量百分比为0.5～2.0%，更优选为0.5%。

聚偏氟乙烯的加入量不仅影响复合纳米纤维膜的稳定性，也直接影响纺丝液的黏度，黏度过低，则链的缠结不牢固，射流不稳，纺制纤维直径不够均匀，而黏度过高则纺丝液容易堵塞枕头，影响纺丝，优选的，所述纺丝液中聚偏氟乙烯的质量百分比为8.0～9.5%，更优选为9.5%。

本发明采用N,N-二甲基乙酰胺和丙酮的混合液作为普鲁士蓝、聚偏氟乙烯的溶剂，纺丝液的可纺性较好，而溶剂中两者的含量也至关重要，如丙酮的加入量过多的话会增加纺丝液中溶剂的挥发速度，影响纺丝，所述纺丝液中N,N-二甲基乙酰胺的质量百分比为35～55%，更优选为45%。所述纺丝液中丙酮的质量百分比为35～55%，更优选为45%。

所述的纺丝液可通过如下方法制备得到：

（1）通过硝酸铁和亚铁氰化钾以物质的量比为4:3合成普鲁士蓝颗粒，研磨成粉末；

（2）将普鲁士蓝粉末分散于N,N-二甲基乙酰胺和丙酮混合溶剂中，加入聚偏氟乙烯，待其完全溶解，制得所述的纺丝液。

静电纺丝时，为获得均匀稳定的普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，应控制好纺丝参数，如静电压、接收距离、喷出流速、环境温度及湿度等。

适宜的静电压是形成连续稳定纤维的必要条件，同时也能够控制适宜的纤维直径，静电纺丝时，静电压为10～25KV。

接收距离过小，溶剂未完全挥发，难以形成纤维，而接收距离过大，则丝束难以收集到接受装置上。通常，接收距离为10～20cm，接受装置可采用铝箔包覆的滚筒接地接收。

喷出流速是影响纳米纤维形貌的一个重要参数，静电纺丝时，控制喷出流速0.5～2mL/h。

更优选的，静电纺丝时，喷出流速为1mL/h，静电压为15KV，接收距离为15cm。

环境温度以及湿度也会对纺制的纤维形貌结构产生一定的影响，通常，保持温度为21～26℃，湿度为45～55%。

本发明还提供了所述制备方法制备得到的普鲁士蓝/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：