[发明专利]具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种通过对静电纺丝纤维膜改性，制备具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜的制备方法。本发明采用静电纺丝技术，快速高效制备纤维膜，然后对表面改性，以便在超交联反应过程中，保证纤维结构不被破坏，采用1,2‑二氯乙烷既作为溶剂，路易斯酸作为催化剂，二甲氧基甲烷作为超交联剂，傅克烷基化反应制备的多孔纤维膜，该方法制备的纤维膜具有宏观膜形态，克服了多孔材料难以成膜、比表面积小等难题，同时该方法得到的纤维膜具有超高比表面积，可达640.41 m²/g，是传统纤维膜的10~100倍。

技术领域

本发明具体涉及一种具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜及其制备方法、应用，属于高分子膜分离技术领域。

背景技术

早期多孔材料，如沸石、活性炭、分子筛、金属有机骨架化合物等，具有孔隙率高、表面酸性大、比表面积大等优点，在吸附分离和催化等方面得到了广泛的应用。同时，它们也有一些缺点，如可控性差，单一的制备条件和难以改性。随着有机多孔材料的发展，多孔材料存在的一些结构缺陷得到了改善。有机多孔材料由轻元素C、N、O、H组成的，是一种新型的多孔材料，具有大量的孔隙结构和较大的比表面积。在有机微孔聚合物,其中超交联聚合物有着明显的优点：良好的热稳定、物理化学稳定性、温和的合成条件、来源广泛的反应单体和廉价的催化剂等，这些优势为超交联聚合物的工业化生产提供了良好的可行性基础，广泛应用于气体吸附/分离、储能、多相催化，分子器件和药物递送等领域。但是现有的技术制备的多孔材料多为纳米颗粒、中空微囊、整块材料，对于微观形貌可控的二维聚合物多孔膜报道还比较少，因此，多孔材料的应用受到了很大的限制。现有技术制备多孔膜的合成成本高、多为大孔，且比表面积小(100m²/g以下)，孔结构不稳定，存在结构缺陷等缺点，不能大规模运用于工业商业用途。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜，将静电纺丝膜前体为模版，经过后处理超交联制备具有微孔/介孔的纳米多孔纤维膜，解决了多孔材料难以成膜以及孔结构较大、比表面积较小的技术难题。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备聚合物纺丝溶液的配制

将二嵌段共聚物溶于溶剂中，在40～60℃温度范围内，搅拌6～24小时，将聚合物完全溶解，得到质量分数15％～35％聚合物纺丝溶液；

(2)制备纤维膜

将步骤(1)所得聚合物纺丝溶液利用电纺丝装置，制备成完整的纤维膜，干燥备用；

(3)纤维膜的表面功能化

将纤维膜依次分别置于多氨溶液和多醛溶液中，分别在20～60℃温度下恒温反应2～24h；反应完毕后，清洗、干燥，得到表面带有功能基团的功能化纤维膜；

(4)纤维膜保护层的形成

将表面功能化的纤维膜置于带胺基团的水溶性聚合物溶液中，在20-60℃温度下恒温反应2～24h；反应完毕后，清洗、干燥，得到表面带保护层的功能化纤维膜；

(5)超交联反应制备多孔纤维膜

将步骤(4)所得表面带保护层的功能化纤维膜浸入反应溶剂二氯乙烷中，加入外交联剂(例如二甲氧基甲烷等)和催化剂(卤代盐等)以一定摩尔比在氮气保护下，于60～90℃温度恒温回流反应2～48h；反应完毕，洗涤、干燥后，即得到具有微孔/介孔结构的纳米多孔纤维膜。

按上述方案，所述二嵌段聚合物采用苯乙烯基-丙烯酸酯类共聚物，具体是指苯乙烯基单体与丙烯酸酯类单体通过原子转移自由基聚合所制备的两嵌段聚合物；其中酯类单体具体是指丙烯酸酯，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯等中的一种或几种的混合物。