[发明专利]一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种β‑FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用，属于材料技术领域。一种β‑FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：聚丙烯腈纳米纤维膜的制备：采用静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维膜；稳定化处理：将聚丙烯腈纳米纤维膜进行梯度升温处理；生物矿化处理：将三氯化铁溶液与盐酸按体积比2:1的比例配置成混合溶液，将稳定化的聚丙烯腈纳米纤维膜置于混合溶液中搅拌1‑3min，然后在55‑65℃的条件下反应10‑14h，然后清洗、烘干制得β‑FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜。具有较好的稳定性能、机械性能，同时具有超亲水‑水下超疏油性质，其吸附效率高、可循环使用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体地说，涉及一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用。

背景技术

静电纺丝技术是一种制备纤维直径从微米到纳米尺寸的通用方法。静电纺丝的概念可以追溯到1745年，经过几十年的发展，电纺纤维已经在多种领域具有潜在的应用，如过滤、防护纺织品、药物输送、组织工程、电子和光子设备、传感器和催化；其中在污水处理方面，最近的研究致力于通过电纺的方法制备纳米纤维吸附膜和过滤膜；以纳米纤维组成的膜材料，具有高的比表面积，内部高度连通的纳米级的孔隙结构，和具有可调整的孔隙结构的特点等；相对于传统的水处理材料而言，这些特点极大的提高了其在油水分离，染料，重金属的去除过程的分离效率，减少了分离过程中的能源消耗，也避免了二次的环境污染，成为了一种新兴的污水处理材料；目前常见的可用于静电纺丝的高分子聚合物为聚丙烯腈，聚偏氟乙烯，聚乙烯醇等。

以聚丙烯腈为原料纺丝出的聚丙烯腈膜常常具有大部分聚合物膜相似的特点，如价格相对便宜，优良的机械性能。但是由于聚合物天然性质，聚丙烯腈纤维膜对于有机物抗污染能力较差，且污染后较难对其进行清洁；另外水污染常常来着原油泄漏和工业的排放，分离膜面对的废水本身就是一个复杂的体系，包括可溶性染料，重金属，不溶性的有机物；而分离膜面对的环境也可能是酸，碱，盐和有机试剂的严苛的复杂环境；现有的聚丙烯腈纳米纤维膜常用于油水分离，染料和重金属的去除，但是聚丙烯腈纳米纤维膜的抗污染能力、自清洁能力等较差，同时在有机溶剂中具有较差的稳定性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜，具有较好的稳定性能、机械性能，同时具有超亲水-水下超疏油性质，其吸附效率高、可循环使用利于工业化大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜的制备方法，方法简单，成本低，制得的β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜具有优异的稳定性能及吸附性能。

本发明的另一目的在于提供一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜在污水处理中的应用，处理效果好，可重复多次使用。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：

本发明提出一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

聚丙烯腈纳米纤维膜的制备：将聚丙烯腈粉末与N,N-二甲基甲酰胺溶液混合均匀制成纺丝溶液，然后通过静电纺丝装置纺成聚丙烯腈纳米纤维膜，所述聚丙烯腈粉末与N,N-二甲基甲酰胺溶液的比例为1-1.4g:10mL；

稳定化处理：将所述聚丙烯腈纳米纤维膜进行梯度升温处理，在235-240℃的条件下保温0.5-2h，在245-250℃的条件下保温0.4-0.6h，在258-262℃的条件下保温0.5-2h，然后取出冷却至室温制得稳定化的聚丙烯腈纳米纤维膜；

生物矿化处理：将三氯化铁溶液与盐酸按体积比2:1的比例配置成混合溶液，将稳定化的聚丙烯腈纳米纤维膜置于所述混合溶液中搅拌1-3min，然后在 55-65℃的条件下反应10-14h，然后进行清洗、烘干制得β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜。