[發明專利]吸附重金屬離子的硫代酰胺基螯合納米纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201010604102.6
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102140705A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 王策;張城城;李響;徐秀茹;鄭田
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: D01F6/18
• 分類號: D01F6/18;D01F11/06;D01D5/00;B01J20/30;B01J20/28;B01J20/26
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于吸附重金屬離子的螯合纖維的制備技術，具體涉及一種將靜電紡絲技術與化學接枝技術相結合制備吸附重金屬離子的硫代酰胺基螯合納米纖維的方法。

背景技術

隨著全球工業和社會經濟的不斷發展，人類在進入一個文明社會的同時，由于重金屬離子引起的環境危害也越來越嚴重，逐步引起人們的注意。重金屬進入人體后能夠和生理高分子物質發生強烈的相互作用而使之失去活性，也可能積累在人體中造成慢性中毒，而這種積累性危害有時需要十多年才顯現出來。因此成為一個直接危害人類健康而亟待解決的焦點問題。

螯合纖維是一類能與金屬離子形成絡合物的纖維狀吸附功能材料，由于其本身結構而具有某些突出的特征，對吸附金屬離子具有高的選擇性，吸附速度快，吸附容量大等優點，可用于回收，濃縮，富集，分離，分析金屬離子。因此，在金屬資源保護，工業廢水處理，環境保護，生物化工和海洋資源利用等方面有廣泛的應用前景，但是它們價格昂貴、易氧化失效、再生頻繁等。為了提高螯合纖維對重金屬離子的吸附性能，主要采用的方法歸納總結可分為兩類：一類是制備多配位原子的螯合纖維，進而提高其在多離子共存廢水處理中的應用；另一類是降低螯合纖維的直徑，制備出螯合納米纖維，利用納米纖維的孔徑尺寸小，比表面積大，成膜性好等特點提高螯合纖維膜的水通量和吸附能力。制備納米纖維膜的方法很多，有模板合成法，海島型雙組分復合紡絲法，高分子限定域合成法，自組裝法和高壓靜電紡絲法等，雖然采用上述幾種方法均可以得到形貌和性質都不錯的納米纖維，但是模板合成法，海島型雙組分復合紡絲法，高分子限定域合成法和自組裝法這幾種方法均有一定的缺點，例如，紡絲原料受限，操作耗時長，不能制備連續長絲等。相比之下，高壓靜電紡絲法操作過程簡單直接，控制起來比較容易，高效低能，適用范圍廣泛，是一種簡單有效的制備納米纖維的方法，越來越受到科學家們的青睞。

綜上所述，我們結合靜電紡絲技術和化學接枝技術制備了硫代酰胺基螯合納米纖維，使其具有高活性的功能基團，高的比表面積，同時利用化學接枝技術增加螯合納米纖維的親水性，提高其吸附重金屬離子的能力。期望能夠有效的降低重金屬離子給人們的健康生活帶來的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種吸附重金屬離子的硫代酰胺基螯合納米纖維的制備方法。通過該方法解決了現有技術中重金屬離子吸附材料吸附容量低，可重復利用率低，穩定性差，吸附離子種類少等問題。其步驟如下：

(1)將1.0～2.0g聚丙烯腈加入到10～20g二甲基甲酰胺中，70～100℃下加熱4～8小時，至聚丙烯腈溶解完全，溶液呈現黃棕色，然后冷卻至室溫；將獲得的聚丙烯腈溶液放入到電紡絲裝置的玻璃噴絲管中，噴絲管頭內徑為0.5～3mm，以鋁套為陽極，以鋁箔作為陰極接收板收集纖維產物，兩極板間距離為10～30cm，施加電壓為9～30kV進行電紡絲，18～54小時后在陰極接收板上得到聚丙烯腈納米纖維，纖維直徑為100～600nm；

(2)移取0.1～0.7mL交聯劑加入到盛有20～100mL乙二醇的反應瓶中，攪拌均勻后加入步驟(1)得到的0.5～3.0g聚丙烯腈納米纖維，然后于100～150℃溫度條件下反應1～3小時，得到黃色的交聯納米纖維，將交聯納米纖維用60～70℃的去離子水洗滌、抽濾后置于90～120℃下真空干燥；

(3)將5.0～15.0g硫化鈉用10～20mL的NaH₂PO₄-Na₂HPO₄緩沖溶液(pH＝7.6，0.2M)溶解后加入到100mL三頸瓶中，再加入20～60mL、75～85℃水浴預熱的二甲基甲酰胺，用NaH₂PO₄和H₃PO₄的混合溶液調整反應液的pH值為7.5～8.0，混合溶液中NaH₂PO₄的濃度為1mol/L，H₃PO₄的濃度為3mol/L，然后加入步驟(2)獲得的0.2～2.0g交聯納米纖維，于60～100℃的條件下反應4～6小時，取出纖維，用去離子水洗滌至pH為7.5～8.5且無S^2-存在后抽濾，然后置于90～120℃下真空干燥，得到棕黃色的吸附重金屬離子的硫代酰胺基螯合納米纖維。

將一定量預干燥的含硫螯合納米纖維放入250mL錐形瓶中，于一定溫度下加入100～200mL一定濃度的重金屬離子溶液，采用靜態吸附法，用ICP測定吸附前、后溶液中重金屬離子的濃度。