一种超疏水水滑石复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超疏水水滑石复合膜材料及其制备方法。该方法通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。本发明专利技术制备的超疏水水滑石复合膜具有较高的表面粗糙度，且水滑石结构稳定，孔隙丰富，在油水分离方面具有广阔的应用前景。

A Super Hydrophobic Hydrotalcite Composite Membrane and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水水滑石复合膜及其制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，特别涉及了一种超疏水水滑石复合膜材料及其制备方法。
技术介绍
水镁石类化合物主体层金属元素和客体阴离子的化学组成的多样性使这些材料具有多种性质，这使得它们广泛应用于生成薄膜和涂层，用于催化、分离、净化、抗反射、生物医学等许多领域。静电纺丝是一种利用表面经典排斥作用，以粘性流体为原料，简便、通用、连续地制备纳米纤维的方法。静电纺丝制备的纳米纤维，其直径可以达数十纳米，纳米纤维的材料范围广泛，包括高分子、陶瓷、小分子以及其复合物。除了可以制备表面光滑的纳米纤维，静电纺丝发还可以制备具有二级结构的纳米纤维，包括孔、空腔、核-壳结构等。纳米纤维的表面和内部可进一步地加入分子或纳米颗粒修饰，这一过程可在静电纺丝过程中同时进行、也可在纳米纤维形成之后进行。另外，对纳米纤维进行排列、堆垛、折叠，可组装形成有序结构或分级结构。这些特性使得静电纺丝被广泛应用于空气过滤、水处理、异相催化、环境保护、智能织物、表面涂层、能量的收集转化和存储、封装生物活性材料、药物缓释、组织工程、再生医学等。将水滑石制备与静电纺丝技术结合，制备有机-无机复合膜材料可兼顾纤维膜材料的宏观结构与水滑石的多功能性，实现不同功能的有效复合，拓展两种材料的应用范围。
技术实现思路
基于现有技术存在的技术问题，本专利技术目的在于提供一种超疏水水滑石复合膜及其制备方法。本专利技术采用静电纺丝技术将种源引入到聚合物纺丝溶液中，采用原位生长法在聚合物纤维上生长水滑石，制备水滑石负载稳定，具有高粗糙度的水滑石复合膜，最后利用硅烷进行化学改性，得到超疏水水滑石复合膜。本专利技术所述的超疏水水滑石复合膜的制备方法为：通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。本专利技术所述的超疏水水滑石复合膜的制备方法的具体步骤为：1)将聚合物用溶剂溶解得到聚合物溶液，然后加入金属氧化物和/或水合金属氧化物，分散均匀后加入到注射器中，设定电场电压为8-25kV，优选12-20kV，溶液流量为0.5-2mL/h，喷丝针头与接收器之间距离为8-20cm，优选12-18cm，静电纺丝得到的掺杂的聚合物纤维膜60-100℃干燥6-12h；2)配制含二价金属阳离子M2+和三价金属阳离子M3+的混合溶液，其中M2+和M3+的摩尔比为1-4，M2+的浓度为0.001-0.2mol/L；然后加入尿素，尿素的物质的量为混合溶液中阴离子的总物质的量的1-4倍；将混合液搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯高压反应釜中；将掺杂的聚合物纤维膜也放入聚四氟乙烯高压反应釜中，于90-160℃下水热反应6-24h后，冷却到室温，取出聚合物纤维膜，用去离子水冲洗并超声清洗10-20min，最后用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥箱中50-100℃干燥4-12h；3)将步骤2)得到的聚合物纤维膜和和硅烷共同加入正己烷中于70-90℃下回流反应12-24h，硅烷浓度为0.005～0.007mol/L，最后用正己烷和二氯甲烷冲洗，真空干燥箱中60-100℃干燥4-6h，即得到超疏水水滑石复合膜。步骤1)中聚合物溶液的溶度为0.08-0.2g/mL。步骤1)中加入的金属氧化物和/或水合金属氧化物的量为聚合物质量的5-50％。步骤1)中聚合物选自聚丙烯腈，聚偏氟乙烯，聚酰亚胺，聚氨酯，醋酸纤维素，聚氯乙烯，尼龙-6中的一种或几种。步骤1)中溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，丙酮，二氯甲烷，乙醇，水中的一种或几种。步骤1)中金属氧化物为ZnO、Al2O3；水和金属氧化物为AlOOH、FeOOH、CoOOH、NiOOH。步骤2)中混合溶液中阴离子为硝酸根离子或氯离子；二价金属阳离子M2+选自Mg2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Ca2+、Cu2+中的一种或几种；三价金属阳离子M3+选自Al3+、Fe3+、Co3+、Cr3+中的一种或几种。计算水滑石在聚合物纤维膜上的负载量的公式如下：本专利技术采用内埋种子-外沿生长的方法，通过静电纺丝技术制备掺杂种源的纳米纤维膜，再原位生长水滑石，形成结构稳定的水滑石复合纤维膜，最后用硅烷进行化学改性，得到超疏水水滑石复合膜。这种方法制备的水滑石复合纤维膜具有较高的表面粗糙度，且水滑石结构稳定，孔隙丰富，在油水分离方面具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的超疏水水滑石复合膜(镁铝水滑石-聚丙烯腈)的XRD谱图。图2是本专利技术制备的AlOOH掺杂的聚丙烯腈纤维膜的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例3制备的超疏水水滑石复合膜(镍铝水滑石-聚丙烯腈)的扫描电镜图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够实施。实施例1(1)量取10mLN,N-二甲基甲酰胺，向其中加入0.8g聚丙烯腈以及0.16gAlOOH，配制成溶液；将溶液转移至注射器中，设置电场电压为18kV，接收距离为15cm，溶液流量为2mL/h；纺丝所得纤维膜置于60℃真空干燥箱中干燥6h。(2)配制硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液，Mg2+和Al3+的摩尔比为1:3，Mg2+的浓度为0.015mol/L，尿素的物质的量为溶液中硝酸根物质的量的2倍，搅拌10min，注入聚四氟乙烯反应釜中；裁取AlOOH掺杂的聚丙烯腈纤维膜为边长5cm的正方形，加入反应釜中，140℃水热反应8h；冷却至室温后取出膜，去离子水冲洗后，置于盛有去离子水的烧杯中，超声清洗15min，再用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥箱中60℃干燥8h；(3)以正己烷为溶剂，将边长为5cm的水滑石复合膜与浓度为0.006mol/L的乙基硅烷回流22h，最后用正己烷和二氯甲烷冲洗，真空干燥箱中80℃干燥5h，制得超疏水镁铝水滑石-聚丙烯腈复合纤维膜，图1显示其XRD谱图。实施例2(1)量取10mLN,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂(体积比8:2)，向其中加入1.2g聚丙烯腈以及0.2gAlOOH，配制成溶液；将溶液转移至注射器中，设置电场电压为20kV，接收距离为15cm，前驱体流量为1.8mL/h；纺丝所得纤维膜置于60℃真空干燥箱中干燥8h。(2)配制硝酸镍和硝酸铝的混合盐溶液，Ni2+和Al3+的摩尔比为1:2，Zn2+的浓度为0.01mol/L，尿素的物质的量为溶液中硝酸根物质的量的4倍，搅拌15min，注入聚四氟乙烯反应釜中；裁取AlOOH掺杂的聚丙烯腈纤维膜为边长8cm的正方形，加入反应釜中，160℃水热反应18h；冷却至室温后取出膜，去离子水冲洗后，置于盛有去离子水的烧杯中，超声清洗15min，再用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥箱中60℃干燥8h；(3)以正己烷为溶剂，将边长为5cm的水滑石复合膜与浓度为0.007mol/L的三甲氧基硅烷回流24h，最后用正己烷和二氯甲烷冲洗，真空干燥箱中80℃干燥5h，制得超疏水镍铝水滑石-聚丙烯腈复合纤维膜，如图3所示。实施例3(1)量取10mLN,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂(体积比8:2)，向其中加入1.5g聚偏氟乙烯以及0.5gAlOOH，配制成溶液；将溶液转移至注射器中，设置电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水水滑石复合膜的制备方法，其特征在于，该方法通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水水滑石复合膜的制备方法，其特征在于，该方法通过静电纺丝方法制得掺杂金属氧化物和/或水合金属氧化物的聚合物纤维膜，然后通过水热法在聚合物纤维膜上原位生长水滑石片状结构，最后用硅烷进行化学改性，硅烷通过共价反应牢固地修饰在水滑石上。2.一种超疏水水滑石复合膜的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：1)将聚合物用溶剂溶解得到聚合物溶液，然后加入金属氧化物和/或水合金属氧化物，分散均匀后加入到注射器中，设定电场电压为8-25kV，优选12-20kV，溶液流量为0.5-2mL/h，喷丝针头与接收器之间距离为8-20cm，优选12-18cm，静电纺丝得到的掺杂的聚合物纤维膜60-100℃干燥6-12h；2)配制含二价金属阳离子M2+和三价金属阳离子M3+的混合溶液，其中M2+和M3+的摩尔比为1-4，M2+的浓度为0.001-0.2mol/L；然后加入尿素，尿素的物质的量为混合溶液中阴离子的总物质的量的1-4倍；将混合液搅拌均匀后转移至聚四氟乙烯高压反应釜中；将掺杂的聚合物纤维膜也放入聚四氟乙烯高压反应釜中，于90-160℃下水热反应6-24h后，冷却到室温，取出聚合物纤维膜，用去离子水冲洗并超声清洗10-20min，最后用去离子水和乙醇冲洗，真空干燥箱中50-100℃干燥4-12h；3)将步骤2)得到的聚合物纤维膜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇飞，贺文君，陈伟，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11