[发明专利]一种静电纺丝制备微孔复合纳米纤维膜的方法、应用

说明书

本发明公开了一种微孔复合纳米纤维膜的制备的方法，主要步骤如下：步骤一，将超交联微孔聚合物纳米粒子与聚乙烯醇充分溶解在水性溶剂中，通过静电纺丝技术，得到原始复合纳米纤维膜；步骤二；将原始复合纳米纤维膜经过二异氰酸酯溶液浸泡，得到微孔复合纳米纤维膜。本发明所得的微孔纳米纤维膜具有良好的纤维形貌，内部包含大量的超交联微孔纳米粒子，具有较大的比表面积和较高的吸附性能，能有效吸附水中的亚甲基蓝染料。

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝制备微孔复合纳米纤维膜的方法，属于污水处理领域。

背景技术

目前，我国废水污染的主要来源是工业排放当中的脂肪烃，油脂类物质和染料。其中染料污染作为一种常见的工业污染，正不断危害人体健康与环境安全。亚甲基蓝是一种常见的染料，在医学，纺织等领域有重要应用，但伴随而来的污染问题也相当严重。高效处理水中的亚甲基蓝是当前备受关注的课题。

常见的污水处理方法有生物降解，物理分离，化学沉降，物质吸附等多种方法。其中物质吸附因其操作简单，设计方便，成本低廉等优点而备受关注。物质吸附处理水中污染物的核心是其吸附材料。目前，常用的吸附材料包括油水分离膜，纳米孔颗粒等。油水分离膜作为一种常见的吸附材料，能够有效应对中、大规模的水体污染，是当前研究的重点。

传统的油水分离技术主要是通过在纯粹的静电纺丝薄膜上进行轻微修饰，直接将其应用到污水处理领域。黄超伯等通过静电纺丝直接合成聚酰亚胺纤维膜，并将其浸泡在水和乙醇等物质的混合液中进行改性，用于吸附海洋中的油状物质。这种吸附分离技术虽然简单，但是吸附性能上过于依赖纤维本身。而纤维本身的孔主要是大孔，溶剂致孔，难以获得较大的吸附性能。孔性能优异的材料主要为多孔材料，故而近年来部分课题试图将多孔材料与静电纺丝技术复合。薛庆忠等通过静电纺丝技术制备了一种聚丙烯腈与石墨烯的膜，并将其应用在油水分离领域。尽管性能相较纯粹的静电纺丝纤维有提高，但一方面由于石墨烯本身是一种传统的多孔材料，且与聚合物相容性一般；另一方面其功能效应的成分比重小，故而仍旧有较大的提升空间。

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静电纺丝制备微孔复合纳米纤维膜的方法，其构成纤维为聚乙烯醇，并用超交联微孔纳米粒子填充，通过刚性的二异氰酸酯在聚乙烯醇上打开孔道，使超交联微孔纳米粒子暴露出来，从而得到一种微孔复合纳米纤维，吸附性能良好。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种静电纺丝制备微孔复合纳米纤维膜的方法，主要步骤如下：

步骤一，将超交联微孔纳米粒子与聚乙烯醇充分溶解在水性溶剂中，然后采用静电纺丝技术，得到原始复合纳米纤维膜；

步骤二，将刚性的二异氰酸酯溶解在油溶性有机溶剂中，加入步骤一所得的原始复合纳米纤维膜浸泡2～8h；浸泡结束后，用去离子水，乙醇溶液反复冲洗，得到微孔复合纳米纤维膜。

按上述方案，所述超交联微孔纳米粒子与聚乙烯醇在水性溶剂浓度均为0.02～0.4g/mL。

按上述方案，所述水性溶剂具体是指包括水和与其互溶的能溶解聚乙烯醇的溶剂，包括水，乙醇，甲醇等中的一种或者几种的混合物。

按上述方案，所述通过静电纺丝的参数为：电压10～20KV，速度0.1～1mm/min，空气相对湿度40～80％。

按上述方案，所述刚性的二异氰酸酯与油溶性有机溶剂的比例为(0.1～10)g：(100～200)ml；原始复合纳米纤维膜与油溶性有机溶剂的比例为(1～10)g：(100～200)ml。

按上述方案，所述刚性的二异氰酸酯具体是指带有芳环或者杂环的二异氰酸酯，包括对苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯等中的一种或几种的混合物。