一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物及其制备方法与应用。先以PLA和CS为原料经静电纺丝技术制备CS/PLA纳米纤维毡；将CS/PLA纳米纤维毡浸泡于Cd

Superhydrophobic CdS/CS/PLA nanofiber composite and preparation method and application thereof

The invention provides a super hydrophobic CdS/CS/PLA nanofiber compound and a preparation method and application thereof. First, CS/PLA nanofiber felt was prepared by electrospinning with PLA and CS as raw materials. CS/PLA nanofiber felt was immersed in Cd.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物及其制备方法与应用，属于疏水性纳米材料制备

技术介绍
表面润湿是材料界面上常见的现象，同时也是固体材料表面重要特性之一，在实际研究中通常以固-液之间接触角的大小进行表征。以水为例，当固-液界面之间的接触角大于150°时，材料表现为超疏水性；当固-液界面之间的接触角小于5°时，材料表现为超亲水性。由于超疏水性材料具有良好的抗污、防黏附性以及自清洁等性能，长久以来一直深受学术和商业界的青睐。为了得到超疏水性材料，通常使用物理或者化学方法将低表面能化合物引入材料表面或在材料表面构建粗糙结构，在此基础上，迫切需要寻求一种疏水效果好、制备方法简单的超疏水性材料。壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰基后的产物，甲壳素来源十分的广泛，可从壳体动物的外壳中提取，有“动物纤维素”之称，取之不尽用之不竭。CS是一种多糖，降解产物是水和二氧化碳，属于环境友好型材料。目前，基于壳聚糖的疏水性材料已有报道。如，中国专利文献CN103613781A公开了一种基于三维网状壳聚糖负载超疏水颗粒吸油海绵的制备方法。该方法首先使用冷冻干燥法制备三维网络结构的CS海绵，然后将CS海绵加入到芋叶粉溶液中通过反复压缩、膨胀，最后固化得到超疏水CS三维网络海绵。虽然该方法制备的海绵有疏水性，但应用局限于吸附油方面，而且该专利技术中疏水效果相关数据未公开；该专利技术以三维结构的CS为基底，通过物理吸附将疏水性的芋叶颗粒负载到CS表面，使所制备的复合材料具备疏水性，但芋叶粉颗粒粒径相对较大，负载不均匀，附着力比较差，在应用过程中使用不稳定，容易脱落造成二次污染，影响重复使用；同时芋叶粉负载到CS海绵表面时会占据空间，使海绵的孔体积减小，从而影响吸油能力。又如，中国专利文献CN105709695A公开了一种超疏水性纤维素/CS复合气凝胶油水分离材料的制备方法。该方法在低温条件下进行，首先以氢氧化钠、水和尿素的混合溶液为溶剂溶解纤维素和CS，通过反复冷冻-解冻制备均一的纤维素/CS混合液，然后将混合液冷冻干燥制备纤维素/CS气凝胶，最后将制备的气凝胶浸泡入硬脂酸钠溶液中，通过真空干燥制备出超疏水性纤维素/CS复合气凝胶。该专利技术利用疏水性的硬脂肪酸纳对纤维素/CS气凝胶进行改性，使纤维素/CS表面附着一层超疏水性的防水层，从而达到超疏水的目的。但该方法操作过程繁琐，大部分实验需要在0℃以下完成，实验条件相对比较苛刻，耗能高，难以通过常规方法简单、快速的大量制备；并且，未对所制备的纤维素/CS复合气凝胶的疏水性、油水分离效果等性能进行表征。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物；本专利技术的纳米纤维复合物具有超疏水性能，能够实现油水高效分离，且可重复利用，稳定性好。本专利技术还提供一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物的制备方法及应用。本专利技术制备方法简单，条件易于实现，成本低，并且所使用的CS和PLA都是环境友好型材料，对环境无危害。术语说明：CdS：指硫化镉；PLA：指聚乳酸。本专利技术的技术方案如下：一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物，所述复合物是硫化镉、壳聚糖和聚乳酸的复合物；复合物的微观形貌为：壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维表面包覆有硫化镉球形颗粒层，所述壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维的直径为200-500nm，硫化镉球形颗粒层的厚度为10-100nm，硫化镉球形颗粒的直径为5-100nm。根据本专利技术，优选的，所述壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维的直径为200-400nm，硫化镉球形颗粒层的厚度为30-50nm，硫化镉球形颗粒的直径为10-30nm。根据本专利技术，优选的，所述CdS/CS/PLA纳米纤维复合物中，硫化镉的质量含量为1％-20％，壳聚糖的质量含量为15％-50％，聚乳酸的质量含量为40％-80％。上述超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物的制备方法，包括步骤：(1)将PLA溶于溶剂a中，制备PLA溶液；将CS溶于溶剂b中，制备CS溶液；将PLA溶液、CS溶液、乙醇混合均匀，得到溶胶纺丝液；然后经静电纺丝，得到CS/PLA纳米纤维毡；(2)将步骤(1)制备的CS/PLA纳米纤维毡浸泡于Cd2+水溶液中6-24h，得到浸泡后的纳米纤维毡；向经浸泡后的纳米纤维毡中加入硫脲水溶液和矿化剂水溶液，搅拌反应直至纤维毡变为黄色，经超声洗涤、干燥，即得超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述PLA为经干燥后的左旋PLA；所述PLA的粘均分子量为1-100万。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述溶剂a为三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或四氢呋喃中的一种；优选的，所述溶剂a为三氯甲烷。根据本专利技术，优选的，步骤(1)所述PLA溶液的质量浓度为0.001-0.2g/mL；优选的，所述PLA溶液的质量浓度为0.005-0.2g/mL。根据本专利技术，优选的，步骤(1)所述CS的脱乙酰度为80-95％，相对分子量为20-150万。根据本专利技术，优选的，步骤(1)所述溶剂b为乙酸、盐酸、磷酸或硝酸水溶液中的一种；优选的，所述溶剂b为质量浓度为90％的乙酸水溶液。根据本专利技术，优选的，步骤(1)所述CS溶液的质量浓度为0.1-10％；优选的，所述CS溶液的质量浓度为1-3％。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中，所述PLA溶液、CS溶液和乙醇的质量比为(12-16)：(1-5)：(1-3)。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述静电纺丝条件为：溶胶纺丝液的喷出速率为0.1-2mL/h，外加电场为10-30kV，纺丝接收板与电极的距离为10-30cm，纺丝温度为10-35℃。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述Cd2+水溶液是浓度为0.01-2mol/L的硝酸镉、氯化镉、硫酸镉或醋酸镉水溶液中的一种；优选的，所述Cd2+水溶液是浓度为0.05-0.2mol/L的硝酸镉水溶液。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述矿化剂水溶液是浓度为0.1-0.4mol/L的NaOH水溶液；优选的，所述矿化剂水溶液是浓度为0.1-0.3mol/L的NaOH水溶液。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述硫脲水溶液的浓度为0.01-2mol/L；优选的，所述硫脲水溶液的浓度为0.05-0.2mol/L。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述CS/PLA纳米纤维毡的质量、硫脲水溶液的体积和矿化剂水溶液的体积比为0.05-0.2g：1-20mL：1-20mL。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述搅拌反应温度为40-80℃，搅拌反应时间为0.1-2h；优选的，所述搅拌反应温度为40-60℃，搅拌反应时间为0.3-1h。上述超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物在油水混合物分离中的应用。本专利技术技术特点及原理：CS在酸性条件下可以被溶解，但纯CS溶液电荷密度高、粘度大，难以直接用静电纺丝法制备纳米纤维；因此经常采用共混法，将CS与成纤能力强的高分子混合来制备CS基纳米纤维。本专利技术选用聚乳酸(PLA)与CS进行共混纺丝，除了其成纤能力强之外，其还拥有出色的疏水性能。PLA是以淀粉为原料经人工合成的高分子材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物，其特征在于，所述复合物是硫化镉、壳聚糖和聚乳酸的复合物；复合物的微观形貌为：壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维表面包覆有硫化镉球形颗粒层，所述壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维的直径为200‑500nm，硫化镉球形颗粒层的厚度为10‑100nm，硫化镉球形颗粒的直径为5‑100nm。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物，其特征在于，所述复合物是硫化镉、壳聚糖和聚乳酸的复合物；复合物的微观形貌为：壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维表面包覆有硫化镉球形颗粒层，所述壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维的直径为200-500nm，硫化镉球形颗粒层的厚度为10-100nm，硫化镉球形颗粒的直径为5-100nm。2.根据权利要求1所述的超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物，其特征在于，所述壳聚糖和聚乳酸复合纳米纤维的直径为200-400nm，硫化镉球形颗粒层的厚度为30-50nm，硫化镉球形颗粒的直径为10-30nm。3.根据权利要求1所述的超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物，其特征在于，所述CdS/CS/PLA纳米纤维复合物中，硫化镉的质量含量为1％-20％，壳聚糖的质量含量为15％-50％，聚乳酸的质量含量为40％-80％。4.如权利要求1-3任一项所述的超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物的制备方法，包括步骤：(1)将PLA溶于溶剂a中，制备PLA溶液；将CS溶于溶剂b中，制备CS溶液；将PLA溶液、CS溶液、乙醇混合均匀，得到溶胶纺丝液；然后经静电纺丝，得到CS/PLA纳米纤维毡；(2)将步骤(1)制备的CS/PLA纳米纤维毡浸泡于Cd2+水溶液中6-24h，得经浸泡后的纳米纤维毡；向经浸泡后的纳米纤维毡中加入硫脲水溶液和矿化剂水溶液，搅拌反应至纤维毡变为黄色，经超声洗涤、干燥，即得超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物。5.根据权利要求4所述的超疏水性CdS/CS/PLA纳米纤维复合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：a、所述PLA为经干燥后的左旋PLA；所述PLA的粘均分子量为1-100万；b、所述溶剂a为三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮或四氢呋喃中的一种；优选的，所述溶剂a为三氯甲烷；c、所述PLA溶液的质量浓度为0.001-0.2g/mL；优选的，所述PLA溶液的质量浓度为0.005-0.2g/mL；d、所述CS的脱乙酰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢启芳，王东，李雪，王国领，魏明志，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37