一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高比表面积和疏水性的复合纤维气凝胶的制备方法，具体为：首先制备氮化硼并将其超声成单层纳米片后加入聚合物溶液得到外壳纺丝液；经同轴静电纺丝和硅化改性后得到气凝胶。本发明专利技术通过同轴静电纺丝制备了具有高疏水性和比表面积的复合纤维气凝胶，高效提高油水分离效率，可循环使用次数更多，油的吸附作用更强。仿生鲨鱼皮结构降低了水的阻力，提高了油水分离效率，在污水处理、油水分离等领域有广阔的应用前景。油水分离等领域有广阔的应用前景。油水分离等领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法


[0001]本专利技术属于油水分离材料制备领域，涉及一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]水资源短缺和污染广泛影响工业和社会活动的可持续发展，是二十一世纪人类面临的最严峻的全球性挑战之一。由石油、化工、钢铁、食品加工等行业产生的大量含油废水是一种主要的污染源。油水分离对油料回收、水资源再利用及环境保护都有重大意义。目前，物理、化学和生物等方法已被用于分离油水混合物，其中膜分离技术是近年来极具发展前景的高新技术，具有适应性强、选择性好、制备工艺简单、节能、无相变、无二次污染等独特特点。随着人类环境保护意识的不断增强和膜技术的推广应用，膜技术已广泛应用于各种工业废水、市政污水以及生活污水的处理。
[0003]中空纤维膜是分离膜的主要形式之一，具有单位体积膜有效装填面积大，分离效率高，易清洗，结构简单，操作方便等特点。近年来，由静电纺丝技术制备的纳米纤维多孔膜具有纤维纤度细、表面积大、孔隙率高等形态特点，以及兼具良好的机械强度、轻质轻量和易功能化而在膜分离领域的应用研究中倍受各国研究者的关注。但在实际的使用过程中，其二维结构相比于三维结构对油的吸收存在吸附量少，吸附效率低等问题，同时会由于疏水性不足被水润湿，从而影响油水分离时间和效率，因此提高吸附量和疏水性成为一种急需解决的问题。
[0004]Wang等人(Xueyan Wang,Zhong Liu,et al.Ultralight and multifunctionalPVDF/SiO2@GO nanofibrous aerogel for efficient harshenvironmental oil
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waterseparation and crude oil absorption[J].Carbon,2022,193:77
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87.)通过静电纺丝法制备了PVDF/SiO2纳米纤维，然后通过冷冻干燥法制备了PVDF/SiO2@GO纳米气凝胶，具有良好的油水分离性能，但GO具有亲水亲油两亲性，吸附油的同时也能被水润湿，使得PVDF/SiO2@GO纳米气凝胶疏水性不足，油水分离效率减小。
[0005]中国专利《一种聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法》(申请号：202111062286，公开号：CN114053883A，公开日：2022.02.18)公开了一种聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法，该中空纤维膜是以聚偏氟乙烯(PVDF)为原料，在稀释剂的作用下制备得到的多孔结构，显著加大了中空纤维膜的有效过滤表面积，使得该中空纤维膜过滤通量大，且具有良好的截留效果，但其只通过制备多孔改变表面结构来提高比表面积和疏水性，吸油吸附量少且疏水性能提高不大，油水分离效果差。
[0006]中国专利《一种油水分离纤维膜的制备方法》(申请号：201610429517.1，公开号：CN105908364A，公开日：2016.08.31)公开了一种油水分离纤维膜的制备方法，将疏水纳米二氧化硅粉末加到聚合物纺丝液中，经静电纺丝得到纤维膜，具有一定的油水分离效果，但是因为该方法存在比表面积低且疏水的纳米二氧化硅分布不均的问题，得到的膜吸油能力和疏水性不足，油水分离效果差。
[0007]中国专利《改性柠条纤维气凝胶的制备方法以及改性柠条纤维气凝胶》(申请号：202211190986.4，公开号：CN115403821A，公开日：2022.11.29)公开了一种改性柠条纤维气凝胶的制备方法，对柠条锦鸡儿粉末进行表面活化冷冻干燥后得到改性柠条纤维气凝胶；能够较好的吸附水中多种轻油和重油，具有油水分离效果，但存在疏水性差分离效果不佳的缺点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法，解决了现有技术中油水分离材料的吸附量低和疏水性不足的问题。
[0009]本专利技术所采用的技术方案是，一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施：
[0010]步骤1，制备羟基化单层纳米片：
[0011]将三聚氰胺和硼酸(质量比3：1)按比例经水浴加热90℃溶于水中，干燥后在N2气氛下1200℃烧制2h后获得氮化硼；将BN分散在异丙醇与去离子水混合溶液(体积比为1:1)中，由超声波细胞破碎机超声处理，所得到的分散液离心干燥以获得单层羟基化BN纳米片；
[0012]步骤2，配制外壳内芯纺丝液：
[0013]将步骤1中所得纳米片加入到聚合物溶液中，按质量百分比由以下物质组成：纳米片4％～10％，PVDF 10％～20％，溶剂50％～66％，PVP成孔剂20％，以上组分总和为100％，制备得到外壳纺丝液；
[0014]步骤3，制备鳞片状中空纤维：
[0015]将步骤2得到的外壳纺丝液置入壳层推进泵中，内芯纺丝液置入芯层推进泵中，进行同轴静电纺丝，获得鳞片状中空纤维；利用装有乙醇溶液的模具收集，收集得到鳞片状中空定向纤维；
[0016]步骤4，气凝胶疏水改性：
[0017]将步骤3收集的定向纤维经冷冻干燥得到的仿生气凝胶，随后放入20％～30％APTES水解乙醇水溶液中加热浸泡处理，加热温度为70℃～80℃，加热时间为5h～6h；沥水后，再在常温条件下，将气凝胶干燥。
[0018]优选的，超声功率为10～20W，超声时间为10h～20h。
[0019]优选的，溶剂为四氢呋喃(THF)、N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中的任意一种。
[0020]优选的，所述步骤3中的内芯纺丝液为45％酒精水溶液、甘油、45％DMF水溶液。
[0021]优先的，所述步骤3中静电纺丝参数为纺丝电压为15～20kv，接收距离为10～20cm，纺丝温度在20℃～30℃，湿度在10％～30％，外壳纺丝液推进速度为0.2mL/h～0.5mL/h，内芯纺丝液推进速度为：0.15mL/h～0.3mL/h。
[0022]优选的，所述步骤4利用装有30％乙醇溶液接收纤维，定向纤维收集时间为2h～6h，冷冻温度为
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20℃～
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40℃，干燥时间为5h～8h。
[0023]本专利技术的有益效果是：一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法，充分利用经静电纺丝制备的仿鲨鱼皮鳞片状结构产生的微纳米高粗糙结构，表现出优异的油水分离效率和吸附容量。其中空纤维具有单位体积有效装填面积大，鳞片纤维定向排列的仿生结构大大降低了水通过时的阻力，同时复合纤维气凝胶因其三维结构及其亲油疏水性，极大程度的
提高了油水分离效率，在污水处理、油水分离等领域有广阔的应用前景。
附图说明
[0024]图1是本专利技术制备的油水分离气凝胶形貌示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鳞片状中空纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，制备羟基化单层纳米片：将三聚氰胺和硼酸(质量比3：1)按比例经水浴加热90℃溶于水中，干燥后在N2气氛下1200℃烧制2h后获得氮化硼；将BN分散在异丙醇与去离子水混合溶液(体积比为1:1)中，由超声波细胞破碎机超声处理，所得到的分散液离心干燥以获得单层羟基化BN纳米片；步骤2，配制外壳内芯纺丝液：将步骤1中所得纳米片加入到聚合物溶液中，按质量百分比由以下物质组成：纳米片4％～10％，PVDF 10％～20％，溶剂50％～66％，PVP成孔剂20％，以上组分总和为100％，制备得到外壳纺丝液；内芯纺丝液为45％酒精水溶液、甘油、45％DMF水溶液；步骤3，制备鳞片状中空纤维：将步骤2得到的外壳纺丝液置入壳层推进泵中，内芯纺丝液置入芯层推进泵中，进行同轴静电纺丝，获得鳞片状中空纤维；利用装有乙醇溶液的模具收集，收集得到鳞片状中空定向纤维；步骤4，气凝胶疏水改性：将步骤3收集的定向纤维经冷冻干燥得到的仿生气凝胶，随后放入20％～30％APTES水解乙醇水溶液中加热浸泡处理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘照伟，黄延辉，汤玉斐，赵康，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：