[發明專利]一種具有重金屬吸附功能的納米纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201510021396.2
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104587981B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 徐丹丹;肖茹;鄭曉婷;晏珊;陸建偉;王華平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于重金屬吸附材料及其制備領域，特別涉及一種具有重金屬吸附功能的納米纖維膜及其制備方法。

背景技術

目前在開采、儲存、冶煉、加工等工業生產過程中所產生的污染物越來越多，其中重化、輕紡等領域的工業廢水中含有大量的重金屬離子，如鉻、鉛、鎘、鎳、銅等會進入土壤、水體、大氣等環境介質中，對其中動植物的生存與生長造成嚴重的危害，并且重金屬可大量富集在動植物體中，人類會因食用富集重金屬的食物，而慢性中毒。

吸附技術作為去除重金屬離子的有效方法在水處理領域發揮著其他技術無法取代的重要作用，傳統的吸附材料普遍表現去除低濃度重金屬離子能力弱、成本高等弱點，且許多吸附材料對重金屬離子的吸附有選擇性、通用性差。目前常用的吸附材料為活性炭、農業廢棄物、納米氧化物顆粒等，這些吸附材料對溶液中的金屬離子有較好的吸附量，但是主要以顆粒或粉體的形式使用，吸附后還需要對其進行二次分離，并且這些吸附劑不適合大規模的水處理，將吸附材料成膜化后，可避免微納米粒子吸附劑所帶來的二次分離的弊端。

納米纖維膜由于其具有長徑比和比表面積大、孔隙率高等優點，是離子吸附理想的模板材料，納米纖維膜經過表面修飾后，還可實現對目標污染物以及特定重金屬的特異性吸附。

近年來，研究人員發現聚吡咯、聚苯胺具有重金屬離子吸附性能，常將聚吡咯、聚苯胺固定于無機納米顆粒上用于重金屬離子的吸附，而將聚吡咯、聚苯胺固定于納米纖膜上的研究較少。

納米纖維由于其諸多優點，近年來備受關注。納米纖維的制備方法正朝著纖維多樣化，設備簡單化、高效化快速發展，主要包靜電紡絲法、聚合法、相分離法等制備方法。靜電紡絲法是目前制備納米纖維的主要方法，但該方法主要是以溶液紡絲技術為主，因受溶液的限制，生產效率比較低，且設備采用高壓靜電，存在一定的危險性；聚合法目前只適用于實驗室研究，少量制備納米級別的短纖維，無法生產連續纖維；熔噴法和相分離法適用的聚合物材料非常有限。另外，熱塑性高聚物為大宗的通用高分子材料，其中包括攜帶功能基團的多種熱塑性高聚物，納米纖維材料的高比表面積可以讓功能基團暴露在纖維表面，且更容易實現納米纖維的表面多功能化，所以很有必要研究和開發熱塑性納米纖維的制備方法，促進熱塑性高聚物納米纖維的規模化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有重金屬吸附功能的納米纖維膜及其制備方法，本發明制備的熱塑性高聚物納米纖維膜工藝簡單，成本低，避免了傳統重金屬離子吸附劑需二次分離的弊端，可高效吸附重金屬離子，利用先吸附后還原的原理，實現對六價鉻離子的有效去除，且大分子與親水性納米纖維膜之間存在很強的氫鍵作用，大分子不會從膜上脫落，可多次反復循環使用。

本發明的一種具有重金屬吸附功能的納米纖維膜，所述納米纖維膜包括基質及自組裝在表面的大分子；其中基質為熱塑性納米纖維膜；表面的大分子攜帶氨基基團。

所述熱塑性納米纖維膜為帶有極性基團的熱塑性高聚物制備的納米纖維膜。

所述熱塑性高分子聚合物為聚烯烴-乙烯醇共聚物、聚烯烴-丙烯酸共聚物、聚烯烴-甲基丙烯酸共聚物、馬來酸酐接枝聚烯烴、甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚烯烴中的一種或幾種。

本發明的一種具有重金屬吸附功能的納米纖維膜的制備方法，包括：

(1)熱塑性高聚物經熔融共混相分離法制備得到熱塑性納米纖維；

(2)將上述熱塑性納米纖維分散在溶劑中，形成納米纖維懸浮液，然后通過疏水性非織造布，得到熱塑性納米纖維膜(纖維膜表面存在親水性官能團)；

(3)通過化學氧化聚合法在熱塑性納米纖維膜上自組裝攜帶氨基基團的大分子：具體為：將上述熱塑性納米纖維膜浸置于氧化劑溶液中，再加入摻雜劑溶液，攪拌，然后滴加單體溶液，攪拌，取出處理后的纖維膜，清洗，干燥，即得具有重金屬吸附功能的納米纖維膜；其中氧化劑溶液、摻雜劑溶液、單體溶液的體積比為5-20:0-30:20-100。

所述步驟(1)中熱塑性納米纖維的直徑為20-300nm的非織造材料。

所述步驟(2)中溶劑為乙醇；納米纖維懸浮液的質量百分濃度為0.5～5％。

所述步驟(2)中運用高壓氣流成型技術使納米纖維懸浮液通過疏水性非織造布；疏水性非織造布為聚烯烴無紡布或聚酯無紡布。