[發明專利]PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的制備方法

無效

• 申請號: 201310703811.3
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103614863A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 王威;劉杰;何皎潔;馮惠;趙志偉;崔福義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/728;D06C7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明屬于功能化膜技術領域，具體涉及一種復合納米纖維膜的制備方法。

背景技術

高分子/納米貴金屬復合物材料因其在消毒、催化、過濾、生物醫療領域具有重要的研究與應用價值，而備受關注。它的優點主要體現在：（I）與單一個納米貴金屬組分相比，高分子能防止貴金屬納米顆粒的團聚，使之活性長效保持；（II）回收容易，有助于減小納米材料的環境危害；（III）當將貴金屬組分負載到高分子膜時，該膜能夠在在線過濾的同時實現消毒與催化，且降低膜污染。

然而針對水中的催化或消毒應用，目前的合成研究主要存在兩方面的問題：（I）對貴金屬功能組分而言：這些材料多在硼氫化鈉、水合肼、檸檬酸鹽等還原劑的作用下后沉積到膜內部或表面，還原劑往往具有一定毒性，對環境具有一定危害。（II）對高分子基體而言，主要采用非水溶性高分子，而往往這些高分子基體的制備是在有機溶劑中進行的，同樣難以避免環境危害性，并且非水溶性高分子表面親水性一般較差，有礙水介質與膜材料之間的傳質過程。而如果采用水溶性高分子來解決上述問題，就必須尋找合適的交聯方式來解決高分子在水中的溶解性問題，比如采用乙二醛、戊二醛等常用的化學交聯劑來交聯PVA。顯然這些交聯劑不是環境友好的。

近年來，電紡絲技術依然成為制備微納米纖維及其膜材料的最有效的方法，電紡絲微納米纖維膜材料具有三圍開孔結構與納米結構的雙重優勢，在水中可實現傳質的快速進行，近年來在催化、過濾、消毒、功能織物等領域備受關注。雖然目前已有采用電紡絲技術將水溶性高分子纖維與貴金屬復合的報道，但都不可避免地加入了外加還原劑來合成納米粒子，或引入化學交聯劑使這些纖維膜成型后在水中穩定使用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的高分子纖維與貴金屬復合引入還原劑和有機溶劑污染環境的技術問題，提供了一種PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的制備方法。

PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的制備方法如下：

一、將聚乙烯醇在90℃下加入到蒸餾水中混合，得到質量濃度為7%～12%的PVA水溶液，然后加入triton-x100（聚乙二醇辛基苯基醚），冷卻到室溫，得到混合液，混合液中triton-x100的質量濃度為0.5%～2%；

二、按照金屬鹽與聚乙烯醇質量比為1﹕3～30的比例向步驟二所得的混合液中加入金屬鹽，同時加入硝酸，調節pH值為2～5，得到紡絲溶液；

三、在紡絲電壓為10～20V、正負極板間距離為10～20cm的條件下進行靜電紡絲，在負極接收板收集PVA/金屬鹽納米纖維膜；

四、將PVA/金屬鹽納米纖維膜置于100～150℃的烘箱中處理1～10h，即得PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜。

步驟二中所述的金屬鹽是硝酸銀、氯化金、水合氯金酸、水合氯鉑酸、醋酸鈀、氯化鈀或氯鈀酸鈉。

PVA是一種水溶性分子，具有生物相容性和環境友好型，可以在水溶液中加工成型。其分子鏈上由于具有大量的羥基而具有一定的還原性，PVA將貴金屬鹽還原的同時，會將部分羥基氧化成羰基，進而在一定pH下實現PVA分子的交聯（這一過程恰與外加乙二醛或戊二醛引入羰基或醛基的作用相似）這一部分可由紅外數據加以佐證（附圖7）。

另一方面，PVA上的羥基也能在金屬鹽的催化下偶聯成醚鍵，在實現貴金屬還原的同時實現PVA的交聯抗水。因此本發明巧妙的利用上述兩個過程，在不加入額外還原劑與交聯劑的情況下，僅通過溫和地控制電紡絲溶液的pH值和后處理的溫度便可以制備出在水中穩定使用的PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜。所得PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜在水中具有長期穩定性，它在蒸餾水中浸泡40h不變形，干燥后仍然保持原有的宏觀/微觀結構，具有優異的抗菌性能。本發明不引入還原劑和有機溶劑，沒有污染環境。

附圖說明

圖1是實驗一制備的PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的數碼照片；

圖2是實驗一制備的PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的掃描電鏡照片；

圖3是實驗一制備的PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜的透射電鏡照片；

圖4是實驗一中熱處理后的純聚乙烯醇的掃描電鏡照片；

圖5是實驗一中熱處理后，經水浸泡10min的聚乙烯醇的掃描電鏡照片；

圖6是實驗一中制備的PVA/金屬納米粒子復合納米纖維膜經水浸泡40h后的掃描電鏡照片；