[發明專利]具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910394650.1
• 申請日: 2019-05-13
• 公開（公告）號: CN110201552B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 江兵兵;譚文澤;陳學琴;李草;許子強;石鵬舉
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/08;B01D71/80;B01J20/26;B01J20/28;D01F6/42;D06M11/28;D06M13/123;D06M13/332;D06M15/61;B01J20/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種通過對靜電紡絲纖維膜改性，制備具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜的制備方法。本發明采用靜電紡絲技術，快速高效制備纖維膜，然后對表面改性，以便在超交聯反應過程中，保證纖維結構不被破壞，采用1,2?二氯乙烷既作為溶劑，路易斯酸作為催化劑，二甲氧基甲烷作為超交聯劑，傅克烷基化反應制備的多孔纖維膜，該方法制備的纖維膜具有宏觀膜形態，克服了多孔材料難以成膜、比表面積小等難題，同時該方法得到的纖維膜具有超高比表面積，可達640.41 m²/g，是傳統纖維膜的10~100倍。

技術領域

本發明具體涉及一種具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜及其制備方法、應用，屬于高分子膜分離技術領域。

背景技術

早期多孔材料，如沸石、活性炭、分子篩、金屬有機骨架化合物等，具有孔隙率高、表面酸性大、比表面積大等優點，在吸附分離和催化等方面得到了廣泛的應用。同時，它們也有一些缺點，如可控性差，單一的制備條件和難以改性。隨著有機多孔材料的發展，多孔材料存在的一些結構缺陷得到了改善。有機多孔材料由輕元素C、N、O、H組成的，是一種新型的多孔材料，具有大量的孔隙結構和較大的比表面積。在有機微孔聚合物,其中超交聯聚合物有著明顯的優點：良好的熱穩定、物理化學穩定性、溫和的合成條件、來源廣泛的反應單體和廉價的催化劑等，這些優勢為超交聯聚合物的工業化生產提供了良好的可行性基礎，廣泛應用于氣體吸附/分離、儲能、多相催化，分子器件和藥物遞送等領域。但是現有的技術制備的多孔材料多為納米顆粒、中空微囊、整塊材料，對于微觀形貌可控的二維聚合物多孔膜報道還比較少，因此，多孔材料的應用受到了很大的限制。現有技術制備多孔膜的合成成本高、多為大孔，且比表面積小(100m²/g以下)，孔結構不穩定，存在結構缺陷等缺點，不能大規模運用于工業商業用途。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜，將靜電紡絲膜前體為模版，經過后處理超交聯制備具有微孔/介孔的納米多孔纖維膜，解決了多孔材料難以成膜以及孔結構較大、比表面積較小的技術難題。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備聚合物紡絲溶液的配制

將二嵌段共聚物溶于溶劑中，在40～60℃溫度范圍內，攪拌6～24小時，將聚合物完全溶解，得到質量分數15％～35％聚合物紡絲溶液；

(2)制備纖維膜

將步驟(1)所得聚合物紡絲溶液利用電紡絲裝置，制備成完整的纖維膜，干燥備用；

(3)纖維膜的表面功能化

將纖維膜依次分別置于多氨溶液和多醛溶液中，分別在20～60℃溫度下恒溫反應2～24h；反應完畢后，清洗、干燥，得到表面帶有功能基團的功能化纖維膜；

(4)纖維膜保護層的形成

將表面功能化的纖維膜置于帶胺基團的水溶性聚合物溶液中，在20-60℃溫度下恒溫反應2～24h；反應完畢后，清洗、干燥，得到表面帶保護層的功能化纖維膜；

(5)超交聯反應制備多孔纖維膜

將步驟(4)所得表面帶保護層的功能化纖維膜浸入反應溶劑二氯乙烷中，加入外交聯劑(例如二甲氧基甲烷等)和催化劑(鹵代鹽等)以一定摩爾比在氮氣保護下，于60～90℃溫度恒溫回流反應2～48h；反應完畢，洗滌、干燥后，即得到具有微孔/介孔結構的納米多孔纖維膜。

按上述方案，所述二嵌段聚合物采用苯乙烯基-丙烯酸酯類共聚物，具體是指苯乙烯基單體與丙烯酸酯類單體通過原子轉移自由基聚合所制備的兩嵌段聚合物；其中酯類單體具體是指丙烯酸酯，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯等中的一種或幾種的混合物。