[发明专利]一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用。该制备方法包括：提供聚酰胺酸溶液；通过静电纺丝法将聚酰胺酸溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维；将聚酰胺酸纳米纤维分散至液体中，然后将包含聚酰胺酸纳米纤维的液体进行冷冻干燥，得到聚酰胺酸纳米纤维气凝胶；将聚酰胺酸纳米纤维气凝胶亚胺化，得到所述聚酰亚胺纳米纤维气凝胶。本发明的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶具有优异的力学柔韧性，对不同油和有机溶剂表现出高效的油水分离率以及防污、自清洁特性，具有极高的重复使用性，而且其制备工艺简单，易实现，原料来源丰富，成本低。本发明可用于工业油水(油水乳液)的大规模分离和纯化、有机液体/水的大规模过滤与分离等诸多领域。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，工业含油废水、原油开采和运输过程中的原油泄漏产生的污染物迅速增加，这给生态环境带来了巨大的危害。含油废水的来源非常广泛，其中石油工业及固体燃料热加工工业排出的含油废水为其主要来源。含油废水的主要污染物为各种烃类化合物烷烃、环烷烃和芳香烃，其中多环芳香烃具有致癌作用。这些污染物没有经过合理的处理就进入水循环，对水资源造成了严重的污染。

目前用于油水分离的工业化方法包括重力分离、絮凝法、燃烧法等常规油水分离方法。在所有油水分离方法中，物理吸附被认为是一种绿色、普遍适用的方法。传统的多孔吸附材料包括无机材料(海泡石、活性炭、膨胀珍珠岩等)、有机材料(泡沫、海绵、聚合物膜等)，但这些传统的多孔吸附材料由于吸附效率低、可回收性差、二次污染物的产生而在使用上受到限制。近年来，人们设计了许多具有特殊浸润性的功能性材料来进行油水分离，例如亲油疏水类的海绵、金属网、膜、织物等，用来去除水面上的浮油。然而，现有的这些油水分离材料或有机溶剂分离材料都存在明显的缺点，如：制备工艺的复杂性、吸附量较低、材料不耐酸碱腐蚀、重复利用率低等，这些因素严重限制了其广泛应用。申请公布号为CN102029079A、CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A、CN 105778158A和CN101708384A的专利分别公开了具有油水分离性能的功能材料。虽然以上几种技术方案都具备油水分离的能力，但是以上材料的重复利用率较低、吸附能力较低、材料制备工艺复杂、难以大尺寸制备等因素限制了其广泛应用。

综上所述，本领域迫切需要开发一种高吸油比、可大尺寸制备、可重复使用、耐酸耐碱且制备工艺简单的油水分离材料。

聚酰亚胺(Polyimide)是一种具有成型加工性能好、机械强度高、热稳定性好等优点的特种工程塑料。利用聚酰亚胺制备的气凝胶材料因其具有较突出的隔热性能而常被用在航天器的防隔热部件、建筑的防隔热保温层以及商用保温产品等领域中。而关于聚酰亚胺气凝胶在油水分离领域中的应用未见实质性内容的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

1、一种聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供聚酰胺酸溶液；

(2)通过静电纺丝法将聚酰胺酸溶液制备成聚酰胺酸纳米纤维；

(3)将聚酰胺酸纳米纤维分散至液体中，然后将包含聚酰胺酸纳米纤维的液体进行冷冻干燥，得到聚酰胺酸纳米纤维气凝胶；和

(4)将聚酰胺酸纳米纤维气凝胶亚胺化，得到所述聚酰亚胺纳米纤维气凝胶。

2、根据技术方案1所述的制备方法，在步骤(4)中，所述聚酰胺酸纳米纤维在280～480℃下亚胺化。

3、根据技术方案2所述的制备方法，所述聚酰胺酸纳米纤维在350～440℃下亚胺化。