[發明專利]一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310110692.0
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103212382A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 趙兵
• 申請（專利權）人: 蘇州正業昌智能科技有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
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技術領域

本發明屬于吸附材料領域，特別涉及一種能夠高效吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜。

背景技術

重金屬污染是指由重金屬或其化合物所造成的環境污染。重金屬污染可由自然因素(如土壤、巖石風化和火山爆發等)引起，但主要是采礦、工業制造、污水灌溉和使用重金屬制品或含金屬污染物等人為因素所致。重金屬不能被生物降解，卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千萬倍地富集，最后進入人體。盡管有些重金屬如錳、銅、鋅等是生命活動必需的微量元素，但是大部分重金屬不是生命所必需的。超過一定濃度，就將對人體健康造成損害，導致各種疾病，如：脫水、胃痛、惡心、眩暈、肌肉失調、兒童的神經系統破壞、肺痛、眼睛發炎、皮疹、嘔吐、腹痛、疼痛、呼吸困難、肝損傷等。隨著我國經濟社會的快速發展，人口增長、工業化和城鎮化的加快推進，涉及重金屬的行業正保持著較強的增長勢頭，重金屬污染事件頻發，給環境和人民的健康帶來了嚴重的損害。

除去水中重金屬離子的方法很多，傳統的有化學沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法、電解法、蒸發濃縮法、離子交換樹脂法等，但這些方法大多存在投資大、運行成本高、操作管理麻煩、并且會產生二次污染和不能很好地解決金屬和水資源再利用等問題。

目前在實際中運用較多的是吸附法，或通過靜電相互作用（帶正電荷的金屬離子與帶負電基質之間相互作用），或通過螯合作用（由基質提供孤對電子與金屬離子形成配位共價鍵）。常用的吸附劑包括活性炭、膨潤土、沸石以及生物吸附劑，而其中生物吸附具有吸附劑來源豐富、品種多、成本低、吸附容量大、速度快等優點，能夠彌補傳統處理法的缺陷而受到了廣泛關注。絲素蛋白是蠶絲的主體，約占蠶絲質量的70%-80%，是一種無生理活性的天然生物大分子，由乙氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸等18種氨基酸連接而成，絲素蛋白的氨基酸組分中極性氨基酸主要有甘氨酸、酪氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸、蘇氨酸、絲氨酸，占54.85%，這些極性氨基酸將在重金屬離子吸附中起主要作用。

吸附材料的孔徑和構成吸附材料的纖維直徑是影響吸附材料吸附精度及效率的主要因素，纖維直徑越細，對應吸附材料的吸附精度和效率越高。利用靜電紡絲方法能夠得到直徑為幾十到幾百納米的纖維，形成的非織造纖維膜重量輕、滲透性好、孔徑小、比表面積大、孔隙率高、內部孔隙的連通性好、容易與納米級的化學物質或功能性物質相結合，這使得它具有更高吸附率和吸附量，是一種性能優異的吸附和過濾基材。

發明內容

本發明提供一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，該納米纖維膜吸附材料能夠高效吸附溶液中的重金屬離子。

本發明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟：

（1）將未脫膠的蠶絲經脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；

（2）將絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質量分數10%-16%的紡絲液；

（3）將上述紡絲液加入到靜電紡絲設備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為：電壓25-35KV，紡絲距離5-15cm，紡絲液喂入量0.5-2ml/h；

（4）將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中1-2h；

（5）將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中30-90min，去離子水沖洗干凈；

（6）將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入1-5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風干，得到1層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；

（7）將表面組裝有1層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入1-5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入1-5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；

（8）將步驟7重復0-4次，即可得到2-6層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。

所述步驟（3）得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑88-135nm，孔隙率30-80%。

所述步驟（5）中的堿溶液為氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種。

本發明具有如下有益效果：本發明所述的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜，具有比表面積大、孔隙率高、內部孔隙多等特點，可以增大與金屬離子的接觸面積，增大吸附量，縮短達到吸附平衡的時間，有效地吸附廢水中的重金屬離子，而且可生物降解，不會造成環境污染。

附圖說明