[發(fā)明專利]一種非同軸紡絲制備連續(xù)中空SiO2多孔纖維的方法

有效

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• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105442094B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱美芳;孟思;王興平;陳文萍
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達

本發(fā)明涉及一種非同軸紡絲制備連續(xù)中空SiO₂多孔纖維的方法，方法包括：將硅酸鹽配制成紡絲原液；在凝固槽內(nèi)加入強酸溶液作為凝固浴；將紡絲原液放入到凝固浴中，反應(yīng)濕法紡絲，得到中空原硅酸/硅酸鹽纖維，卷繞，卷繞后浸入陳化溶液中，陳化；陳化后用去離子水洗滌至中性，然后用乙醇進行置換纖維中的溶液，干燥，即得。本發(fā)明的方法設(shè)備簡單、原料便宜易得、反應(yīng)過程簡單、可紡性好。本發(fā)明的方法制備的中空無機SiO₂多孔纖維具有豐富的孔洞、超高的比表面積、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕，同時纖維比表面積可調(diào)，在催化、吸附及過濾等領(lǐng)域比普通多孔纖維更具優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于SiO₂多孔纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種非同軸紡絲制備連續(xù)中空SiO₂多孔纖維的方法。

背景技術(shù)

多孔材料具有高比表面積，可以提供大量的反應(yīng)/相互作用活性中心，特別有利于與界面作用相關(guān)的過程，例如吸附、催化和電化學(xué)作用；其孔道可作為多功能存儲器及單分散的納米反應(yīng)器；其特殊的納米孔道及形狀為交叉學(xué)科的研究帶來了及其豐富的空間和場所，例如生物分子、藥物分子、反應(yīng)物分子在納米孔道內(nèi)的擴散行為、與活性中心的接觸性能、反應(yīng)活性等都與孔結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系；而其納米尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所帶來的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，使一些功能化多孔材料在傳感器、鋰電池和納米器件中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能；正是多孔材料在微觀界面上的獨特優(yōu)勢，使它們成為材料研究領(lǐng)域的熱點之一。

多孔材料的性能除了與其微觀形貌有關(guān)之外，與多孔復(fù)合材料的宏觀形貌也有重要關(guān)系。對于SiO₂多孔材料，現(xiàn)如今已有大量的文獻報道了零維粉末、二維薄膜、三維塊體，但對一維的中空SiO₂多孔纖維卻很少報道。這主要是因為相比較其他維度的多孔材料，纖維狀多孔材料對制備原料、制備條件等方面有更多的要求。然而，纖維狀多孔材料卻有著其它維度材料所不具備的優(yōu)異性能。類比同樣為無機多孔纖維的多孔活性碳纖維，傳統(tǒng)的活性炭是一種經(jīng)過活化處理的多孔炭，為粉末狀或顆粒狀，而活性碳纖維則為纖維狀，纖維上布滿微孔，其對有機氣體吸附能力比顆粒活性炭在空氣中高幾倍至幾十倍，在水溶液中高5～6倍，吸附速率快100～1000倍。活性碳纖維的纖維直徑為5～20μm，比表面積平均在1000～1500m²/g 左右，平均孔徑在1.0～4.0nm，微孔均勻分布于纖維表面。與活性炭相比，活性碳纖維微孔孔徑小而均勻，結(jié)構(gòu)簡單，對于吸附小分子物質(zhì)吸附速率快，吸附速度高，容易解吸附。與被吸附物的接觸面積大，且可以均勻接觸與吸附，使吸附材料得以充分利用。效率高，且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細的表態(tài)，孔隙直接開口在纖維表面，其吸附質(zhì)到達吸附位的擴散路徑短，且本身的外表面積較內(nèi)表面積高出兩個數(shù)量級。在空氣或水體凈化方面，粒狀或粉狀的結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生堆疊，它的吸附速度較慢，分離效率不高，特別是它的物理形態(tài)在應(yīng)用時有許多不便，限制了應(yīng)用范圍。活性炭纖維孔徑小且分布窄，吸附速度快，吸附量大，容易再生。與粉狀(5nm～30nm)活性炭相比，活性炭纖維在使用過程中產(chǎn)生的微粉塵少，可制成紗、線、織物、氈等多種形態(tài)的制品，使用時更加靈活方便。而塊狀或膜狀的結(jié)構(gòu)，使得空氣或水體在通過時會產(chǎn)生很大的阻力，濾前與濾后的壓力相差很大。將SiO₂多孔材料制成纖維形態(tài)，將使其性能更為優(yōu)異。

而將SiO₂多孔纖維制成中空形貌，可進一步擴大與氣體、液體等流體直接接觸的外表面，利于流體內(nèi)物質(zhì)快速進入孔道，大大提高物質(zhì)的傳輸速率。目前濕法紡絲制備連續(xù)中空纖維的方法主要是依靠同軸紡絲針頭或中空噴絲板，但此方法纖維受設(shè)備精度限制，纖維難以實現(xiàn)細旦化。同時同軸紡絲針頭或中空噴絲板無論是設(shè)備的制備、使用以及工藝的探索都比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非同軸紡絲制備連續(xù)中空SiO₂多孔纖維的方法，該方法具有設(shè)備簡單、原料便宜易得、反應(yīng)過程簡單、可紡性好的特點。所制得的無機SiO₂纖維具有豐富的孔洞、超高的比表面積、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕，同時纖維比表面積可調(diào)。