一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：步骤A：将高分子聚合物、凹凸棒石加入溶剂中混合搅拌均匀，制备成纺丝溶液；步骤B：将步骤A的纺丝溶液通过静电纺丝获得复合材料纳米纤维膜；步骤C：将步骤B的复合材料纳米纤维膜置于水热反应釜中进行水热处理，再经烘干干燥后，得到水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜。所得纳米纤维膜的比表面积为14～267m2·

【技术实现步骤摘要】
一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米功能材料
，具体涉及一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于静电纺丝纳米纤维薄膜的比表面积大、孔隙度高，可以作为过滤膜应用于水处理领域。静电纺丝原理是对纺丝液施加高压静电，带电的液滴在电场力作用下，克服表面张力喷射，并在电场力的作用下拉成纳米纤维，拉伸过程中液滴中溶剂挥发而固化成型，通过滚动接收器装置接收，制得纳米纤维膜。静电纺丝纳米纤维具有易于调节的结构、形貌特征和化学成分，特别是具有大的比表面积、分级的孔结构、丰富的活性位点。近年来，人们对具有从微孔和中孔到大孔的多尺度孔的电纺纳米纤维的开发产生了极大的兴趣。常用的可以在静电纺丝纳米纤维中构建多孔结构方法有：1、相分离法。相分离是一种相对常用的制备孔结构的技术。如在从氯仿中静电纺聚乳酸的过程中，挥发性溶剂(氯仿)的蒸发导致纤维表面温度显着降低，导致水蒸气凝结。凝结的水滴可以作为模板，占据半干纤维表面的空间。这种方式需要选择适合制备大孔结构的合适溶剂和聚合物。2、模板法。模板法制备多孔纤维的过程可分为三个步骤：首先，制备模板；其次，通过水热合成、沉淀或溶胶
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凝胶等方法将目标产物包覆在模板上；最后一步是通过溶解、烧结或蚀刻等方法去除模板。随着温度的升高，低、中、高分子量聚合物的热分解顺序不同，因此纤维中会出现孔隙。这种方法更适合制备大孔纤维。3、多流体静电纺丝。多流体静电纺丝也可以看作是一种特殊的模板方法，利用液体占据空间，然后通过后续过程去除液相[Xue J,Wu T,Dai Y,Xia Y.Electrospinning and Electrospun Nanofibers:Methods,Materials,and Applications[J].Chemical Reviews,2019,119(8):5298
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5415.]。多流体静电纺丝工艺，如同轴静电纺丝、三轴静电纺丝、四流体同轴静电纺丝或并排静电纺丝，可以极大地扩展静电纺丝产生多孔和其他新型纳米结构的能力。最常见的多流体静电纺丝是同轴静电纺丝，它可以制备“核
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壳”和中空纤维通过去除内部流体。该方法最重要的因素是选择合适的牺牲相并控制静电纺丝过程中的实验参数，特别是芯液和壳液之间的匹配流速。这种方法同样适用于制备大孔多通道纤维。因此，以上三种方法对于多尺度孔隙结构并不适用。
[0003]凹凸棒石是一种富镁的硅酸盐黏土矿物，其呈针状结晶，常常带有少量负电性，具有独特的三维空间结构和较大的比表面积，因此具有良好的吸附性质，在水处理中具有广阔应用前景。
[0004]目前，国内关于静电纺丝方法制备凹凸棒多孔纳米纤维膜的专利已见报道。例如专利ZL201911048082.6中公开了一种水处理用凹凸棒纳米纤维膜及其制备方法，采用静电纺丝技术获得含有高分子的纳米纤维膜，再经高温干燥烧结即得具有一定强度的凹凸棒纳米纤维膜。但该方法制得纳米纤维膜造孔需要高温烧结，能耗大，生产成本高，不易于进行工业化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述技术问题，提供一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜及其制备方法，无需高温烧结，能耗低，工艺简单，生产成本低，所获得的凹凸棒纳米纤维膜具有极高的孔隙率，易于进行工业化应用。
[0006]为达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一方面，本专利技术提供一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A：将高分子聚合物、凹凸棒石加入溶剂中混合搅拌均匀，制备成纺丝溶液；
[0009]步骤B：将步骤A的纺丝溶液通过静电纺丝获得复合材料纳米纤维膜；
[0010]步骤C：将步骤B的复合材料纳米纤维膜置于水热反应釜中进行水热处理，再经烘干干燥后，得到水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜。
[0011]进一步地，步骤A中，纺丝溶液中凹凸棒石与高分子聚合物的质量比为1～80:100，高分子聚合物与凹凸棒石总浓度为5～60wt％。
[0012]进一步地，高分子聚合物选自聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乳酸溶液中的任一种或几种，高分子聚合物为不同聚合度的高分子聚合物。
[0013]进一步地，聚乙烯吡咯烷酮为K15、K17、K25、K30、K60和K90中的任一种或几种。
[0014]进一步地，步骤A中凹凸棒石过筛100～400目。
[0015]进一步地，步骤A中溶剂为三氯甲烷、二甲基亚砜、四氢呋喃、乙腈、N,N
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二甲基甲酰胺或六氟异丙醇中的任一种或几种。
[0016]进一步地，步骤A中高分子聚合物、溶剂与凹凸棒石混合后在20～60℃和转速200r/min条件下搅拌4～12h。
[0017]进一步地，步骤B中进行静电纺丝的参数为：电压为10～50kV，纺丝距离为5～30cm，推进速度为0.1～3.0mL/h，空气湿度为40～70％，滚筒接收器转速为100～400r/min。
[0018]进一步地，步骤C中水热温度为60～200℃，水热时间为2～24h，烘干干燥温度为60～120℃，干燥时间为2～12h。
[0019]本专利技术另一方面提供一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜，采用如上所述的方法制备得到，凹凸棒石多孔纳米纤维膜的比表面积为14～267m2·
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‑1，拉伸强度为1～36MPa，纤维直径为100～800nm，孔隙率为50～95％。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过静电纺丝法得到复合纳米纤维膜，再通过水热造孔处理得到负载凹凸棒石的多孔纳米纤维膜，无需高温烧结，工艺简单，生产成本低，易于进行工业化应用，为多孔纤维膜的制备提供了一条经济有效的新途径。所获得的具有丰富微孔、中孔、大孔结构的负载凹凸棒石的球状、纺锤状、棒状多孔纳米纤维膜，具有极高的孔隙率和优异的比表面积，吸附能力强，可应用于大多数污水环境中。
附图说明
[0021]图1为凹凸棒石多孔纳米纤维结构示意图，其中，1、纤维堆叠间隙(大孔)；2、球状、纺锤状以及棒状多孔纤维表面孔道(介孔)；3、凹凸棒石孔道(微孔)；
[0022]图2为球状多孔纳米纤维的扫描电镜图；
[0023]图3为纺锤状多孔纳米纤维的扫描电镜图；
[0024]图4为棒状多孔纳米纤维的扫描电镜图；
[0025]图5为凹凸棒石的透射电镜图；
[0026]图6(a)为负载凹凸棒石的多孔纳米纤维的扫描电镜图，图6(b)～(e)为Al、Fe、Si、Mg的元素分布图。
具体实施方式
[0027]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述。
[0028]一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
[0029]步骤A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：将高分子聚合物、凹凸棒石加入溶剂中混合搅拌均匀，制备成纺丝溶液；步骤B：将步骤A的纺丝溶液通过静电纺丝获得复合材料纳米纤维膜；步骤C：将步骤B的复合材料纳米纤维膜置于水热反应釜中进行水热处理，再经烘干干燥后，得到水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤A中，纺丝溶液中凹凸棒石与高分子聚合物的质量比为1～80:100，高分子聚合物与凹凸棒石总浓度为5～60wt％。3.根据权利要求1所述的水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，高分子聚合物选自聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乳酸溶液中的任一种或几种，高分子聚合物为不同聚合度的高分子聚合物。4.根据权利要求3所述的水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷酮为K15、K17、K25、K30、K60和K90中的任一种或几种。5.根据权利要求1所述的水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤A中凹凸棒石过筛100～400目。6.根据权利要求1所述的水处理用凹凸棒石多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯拥军，何文强，曹鼎，李慧玉，唐平贵，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：