复合纳米微球制备方法及其在制备纳米纤维膜中的应用技术

一种复合纳米微球制备方法，其特征在于包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
复合纳米微球制备方法及其在制备纳米纤维膜中的应用


[0001]本专利技术涉及一种纳米微球的制备，该纳米微球可应用于纳米纤维膜中用于吸附重金属，本专利技术还涉及一种纳米纤维膜的制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化进程的进一步加速，各类企业对于重金属的需求与日俱增，同时不可避免的向环境排放大量的复合污染物，如重金属离子Cd
2+
、Pb
2+
等。这些重金属离子不仅严重污染地表水和地下水，造成全球可利用水资源急剧下降，而且使土壤中重金属的含量增加，危害生态环境和人体健康。
[0003]目前，针对重金属处理的方法主要有沉淀法、膜分离法、离子交换法、吸附法。沉淀法是指用一定质量的沉淀剂物品，将废水溶液中的重金属离子进行转化，成为沉淀物；膜分离技术通常指利用外力的作用，使溶液通过一种选择性的半透膜，实现溶剂和溶液产生分离，常用的膜分离技术主要包括：超滤、纳滤，反渗透、微滤等；离子交换树脂是指通过离子交换树脂上的具有和重金属反应的活性基团物质，这类型的基团可以和重金属离子形成螯合作用，从而达到去除重金属离子的目的。吸附法能深度处理低浓度重金属废水，处理后的出水水质高、可操作性强、经济有效，目前所用的吸附材料像沸石、石英砂、木质素、纤维素等物质。
[0004]磁性纳米材料具有比表面积大易功能化，性质稳定等优点。其中，磁性ZrO2纳米颗粒在磁场中可定向移动，可以进一步对其进行分离。因此，关于磁性ZrO2纳米颗粒去除废水中污染物的研究较多。但ZrO2纳米颗粒本身存在易团聚等缺陷，从而影响了复合材料的稳定性，所以对磁性ZrO2纳米颗粒进行改性研究是提高其性能的重要方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能吸附重金属的复合纳米微球制备方法。
[0006]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种ZrO2纳米复合颗粒在纳米纤维膜中的应用。
[0007]本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种复合纳米微球制备方法，其特征在于包括如下步骤：
[0008]①
取壳聚糖于乙酸溶液中溶胀，使其形成透明的糊状，搅拌下将其加入氢氧化钠溶液中沉淀，抽滤，洗涤，取第一溶剂于第一容器中，加入乙二胺四乙酸加热到溶解，之后加入溶胀后的壳聚糖，缓慢滴加浓硫酸，反应的改性壳聚糖；
[0009]②
取膨润土于第一容器中，在不断搅拌的条件下加入酸溶液，反应，将反应混合物抽滤，洗涤至中性，将所得产物真空干燥，取出，研磨，过筛得到酸化膨润土；
[0010]③
将酸化膨润土混合在乙酸溶液中，搅拌得到膨润土悬浮液，将改性壳聚糖加入到膨润土悬浮液中使其混合均匀；在不断搅拌的条件下，把聚丙烯酸钠加入到装有蒸馏水
的第二容器中，形成均匀的溶液；将膨润土和壳聚糖混合溶液加入到聚丙烯酸钠的溶液中不断搅拌，向该溶液中加入ZrO2纳米颗粒并继续搅拌得到均匀的膨润土壳聚糖Zr混合液；
[0011]④
将膨润土壳聚糖Zr混合液缓慢滴入柠檬酸钠和氢氧化钠的混合溶液中，静置；然后加入超纯水和乙二醇二缩水甘油醚的混合溶液，交联后用超纯水和乙醇交替洗涤得到复合纳米微球。
[0012]作为优选，步骤
①
中所述的壳聚糖与乙二胺四乙酸的重量配比为2～3:1～1.5；所述改性壳聚糖、酸化膨润土、聚丙烯酸钠及ZrO2的添加的重量比为5～7:20～30:10～15:1～2。
[0013]作为优选，所述ZrO2纳米颗粒的直径为30～50nm；所述复合纳米微球中ZrO2负载量为5～10mol％，所述复合纳米微球的直径为1.0～2.0mm。
[0014]作为优选，步骤
①
中所述的第一溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的至少一种；步骤
②
中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一种，酸溶液的百分比浓度为0.5～1.0％。
[0015]作为优选，步骤
③
中所述柠檬酸钠和氢氧化钠的混合溶液中氢氧化钠浓度为0.45～1.0mol/L，柠檬酸钠浓度为0.25～0.40mol/L，氢氧化钠溶液和柠檬酸钠溶液的体积比为1:1。
[0016]本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种复合纳米微球在制备纳米纤维膜中的应用，其特征在于包括如下步骤：
[0017]①
在第三容器中加入第二溶剂和复合纳米微球，搅拌成均相溶液，加入聚氨酯，不断搅拌使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并冷却后加入氯化锂，搅拌均匀制成静电纺丝前驱液；在纺丝溶液中加氯化锂,可以增加溶液的导电性,在纺丝高压的环境下可以增加射流的表面电荷,使纺制纤维变得容易，从而提高纺丝效率；
[0018]②
将静电纺丝前驱液置于静电纺丝设备的储液罐中，用无纺布作为接收基材，纺丝制得纳米纤维膜。
[0019]③
在水浴容器中加入乙醇和盐酸混合溶液，在水浴容器内通入热风吹拂去除模板致孔，将纳米纤维膜真空干燥到质量不在变化为止。
[0020]作为优选，所述的第二溶剂为N,N—二甲基甲酰胺或N,N—二甲基乙酰胺或丁酮中的一种或复配；所述的聚氨酯的分子量为80000～100000，静电纺丝前驱液的粘度700
‑
1500mPa
·
s。
[0021]作为优选，所述的第二溶剂与聚氨酯的质量比为70:8～70:20；所述第二溶剂与复合纳米微球的重量配比为70:1～70:9；所述第二溶剂与所述的氯化锂质量比为70:1～70:4。
[0022]作为优选，步骤
②
静电纺丝条件如下：纺丝电压为70～95kv，电极螺纹与收集器的距离为15～25cm，供液的速度为5～200ml/h，收集器的速度为0.01～0.05m/min，纺丝的温度为20～40℃，湿度为20％～40％。
[0023]作为优选，所述纳米纤维膜的比表面积为500～660m2/g，孔隙率为60％～70％，纤维直径为70～120nm。
[0024]复合纳米微球和纤维膜制备整体具体可以采用如下
技术实现思路
：
[0025]1)称取2
‑
3g的壳聚糖于20
‑
30ml的3％乙酸溶液中溶胀1.5h，使其变成透明的糊
状，搅拌20
‑
30min后将其加入80
‑
100ml、0.25mol/L的氢氧化钠溶液中沉淀，用真空泵进行抽滤，依次用去离子水和乙醇洗2次。量取40
‑
50ml的溶剂放入三口烧瓶中，放入1
‑
1.5g乙二胺四乙酸加热到60℃溶解，之后加入溶胀后的壳聚糖，缓慢滴加0.25
‑
0.35ml浓硫酸，在40℃下反应12h。
[0026](2)称取10
‑
15g膨润土于圆底烧瓶中，在不断搅拌30
‑
40min的条件下加入100
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合纳米微球制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①
取壳聚糖于乙酸溶液中溶胀，使其形成透明的糊状，搅拌下将其加入氢氧化钠溶液中沉淀，抽滤，洗涤，取第一溶剂于第一容器中，加入乙二胺四乙酸加热到溶解，之后加入溶胀后的壳聚糖，缓慢滴加浓硫酸，反应的改性壳聚糖；
②
取膨润土于第一容器中，在不断搅拌的条件下加入酸溶液，反应，将反应混合物抽滤，洗涤至中性，将所得产物真空干燥，取出，研磨，过筛得到酸化膨润土；
③
将酸化膨润土混合在乙酸溶液中，搅拌得到膨润土悬浮液，将改性壳聚糖加入到膨润土悬浮液中使其混合均匀；在不断搅拌的条件下，把聚丙烯酸钠加入到装有蒸馏水的第二容器中，形成均匀的溶液；将膨润土和壳聚糖混合溶液加入到聚丙烯酸钠的溶液中不断搅拌，向该溶液中加入ZrO2纳米颗粒并继续搅拌得到均匀的膨润土壳聚糖Zr混合液；
④
将膨润土壳聚糖Zr混合液缓慢滴入柠檬酸钠和氢氧化钠的混合溶液中，静置；然后加入超纯水和乙二醇二缩水甘油醚的混合溶液，交联后用超纯水和乙醇交替洗涤得到复合纳米微球。2.根据权利要求1所述的复合纳米微球制备方法，其特征在于步骤
①
中所述的壳聚糖与乙二胺四乙酸的重量配比为2～3:1～1.5；所述改性壳聚糖、酸化膨润土、聚丙烯酸钠及ZrO2的添加的重量比为5～7:20～30:10～15:1～2。3.根据权利要求2所述的复合纳米微球制备方法，其特征在于所述ZrO2纳米颗粒的直径为30～50nm；所述复合纳米微球中ZrO2负载量为5～10mol％，所述复合纳米微球的直径为1.0～2.0mm。4.根据权利要求1所述的复合纳米微球制备方法，其特征在于步骤
①
中所述的第一溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的至少一种；步骤
②
中所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一种，酸溶液的百分比浓度为0.5～1.0％。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊毅，余明，焦顺，施勇鹏，高婷婷，霍彦强，郑军妹，
申请(专利权)人：宁波方太厨具有限公司，
类型：发明
国别省市：