具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：第一步、在室温下，将疏水性聚合物加入到盛有溶剂的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以１０－２００ｒｐｍ的转速搅拌，溶解聚合物，得到性质均匀的高分子溶液；第二步、在室温、湿度为２５％－７５％的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，得到具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜。本发明专利技术的优点是可以得到具有超高比表面积有机纳米多孔纤维膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于 纳米材料制备领域。
技术介绍
近年来，静电纺丝技术作为一种可制备直径分布在几百个纳米到几个微米范围内 纤维的简单而有效的方法，越来越受到重视，引起了各国科研工作者的广泛关注。迄今为 止，已有近百种聚合物被用来通过溶液或熔融纺丝制备成静电纺纳米纤维膜。在过去的近 10年里，静电纺纳米纤维膜已经应用在过滤膜、反应催化剂载体、超高灵敏度生物传感器、 生物组织工程、染料敏化太阳能电池等领域，且应用性能随着纤维比表面积的增加而获得 提高。但如何获得具有可控超高比表面纳米多孔纤维将会极大推动纳米纤维在上述研究领 域中的应用。目前，获得纳米多孔纤维膜的方法主要是多步法。其方法主要是将两种或两种以 上聚合物共混纺丝后，经过后处理去除其中一种成分，而形成多孔结构，后处理包括紫外光 照射交联处理、溶剂萃取和热降解等方式。其工艺繁琐，而且后处理工艺难以完全去除多余 成分，严重影响纤维性能，难以实际应用。另外，一些研究者使用高挥发性溶剂纺丝，并通过 加入非溶剂相来调整溶剂的挥发速度，来制备纳米多孔纤维膜，但得到仅是纤维表面上有 孔的纳米多孔纤维膜。公开号为CN2921043Y的中国专利涉及一种带纳米孔的纤维，并没有公布其制备 方法和纤维的比表面积；美国专利Patent No. US6790528B2公布了一种纳米多孔纤维膜制 备方法，其使用单一溶剂组分，获得了不同表面形态的纳米多孔纤维，但纳米孔仅存在纤维 表面，纤维内部并不是多孔结构，而且在纤维膜比表面积上没有实现可调控性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有可控超高比表面积有机纳米多孔纤维 的制备方法，克服了上述制备方法中的缺陷，不经过任何后处理，一步法制备出具有可控超 高比表面积的有机纳米多孔纤维膜，比表面积可达200m2/g。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有可控超高比表面积的有机纳米多 孔纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为第一步、在室温下，将疏水性聚合物加入到盛有溶剂的密闭器皿中，放在磁力搅拌 器上，以10-200rpm的转速搅拌，溶解聚合物，得到性质均勻的高分子溶液；第二步、在室温、湿度为25% -75%的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密 闭注射器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，得到具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤 维膜。所述的疏水性聚合物优选为聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚醋酸乙烯 酯，聚乳酸，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己内酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯，聚羟基戊酸酯，聚醚酰亚胺，聚甲醛或乙基纤维素。所述的溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，二氯甲烧， 二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，苯，甲苯，环己烷及六氟异丙醇的一种或两种以上的 混合物。所述的具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜中纤维的直径为50纳米-5 微米，纤维内外皆有孔，纤维之间也有孔，孔径为1纳米-150纳米。所述的静电纺丝过程中所加电压为5-40千伏，高分子溶液灌注速度为0. 1-10毫 升/小时，纤维接收距离为10-25厘米，高分子溶液质量分数为5% -30%。本专利技术将疏水性聚合物溶解在高挥发性溶剂中，通过静电纺丝过程，高分子聚合 物的微小液体流在高压静电场中经高速拉伸和溶剂快速挥发，以及电纺环境中非溶剂相的 侵入，促使液体流发生快速相分离，形成聚合物富集相和溶剂富集相，聚合物富集相固化最 终形成纤维的骨架，而溶剂富集相在溶剂挥发干后形成纤维的孔道。通过共混溶剂来调整 溶剂的挥发性以控制溶剂的挥发速度，通过电纺环境中非溶剂相的含量侵入微小液体流来 影响相分离的速度，从而通过二者之间的竞争来实现对纤维多孔结构的调控，以到达到控 制纤维比表面积的目的。与现有方法相比，本专利技术的优点如下1、本专利技术通过选用多组分混合溶剂体系和疏水性聚合物，采用静电纺丝方法，不 经过任何后处理工艺，直接制备出具有超高比表面积有机纳米多孔纤维膜、其比表面积可 达 200m2/g。2、通过调整混合溶剂的组成比例，改变溶剂的挥发速度以及静电纺丝过程中加工 工艺参数，可以控制纳米多孔纤维的直径大小、孔径大小、孔径分布和比表面积。3、生产方法简单，成本低廉，生产效率高，能够满足应用需求。具体实施例方式下面结合实施例来具体说明本专利技术。实施例1第一步、在室温下，将5wt%的聚苯乙烯(分子量350kg/mol)加入到盛有N，N 二 甲基甲酰胺溶剂的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以200rpm搅拌，溶解聚合物，得到性质 均勻的高分子溶液；第二步、在室温下，湿度40%的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射 器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，静电纺丝时所加电压为20千伏，接收距离为10厘米，调 解溶液灌注速度为10毫升/小时，得到具有超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜，纤维的 直径在50纳米-5微米，孔径为1纳米-150纳米，纤维内外皆有孔，纤维之间也有孔，比表 面积为 108. 6m2/g。实施例2第一步，在室温下，将IOwt %的聚苯乙烯(分子量350kg/mol)加入到盛有N，N 二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂(重量比5/1)的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以 IOOrpm搅拌，溶解聚合物，得到性质均勻的高分子溶液；第二步、在室温下，湿度40%的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，静电纺丝时所加电压为20千伏，接收距离为15厘米，调 解溶液灌注速度为2毫升/小时，得到具有超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜，纤维的直 径在200纳米-1微米，孔径为1纳米-150纳米，纤维内外皆有孔，纤维之间也有孔，比表面 积为 60. 8m2/g。实施例3第一步，在室温下，将20wt%的聚苯乙烯(分子量208kg/mol)加入到盛有N，N 二 甲基甲酰胺的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以IOOrpm搅拌，溶解聚合物，得到性质均勻 的高分子溶液；第二步、在室温下，湿度70%的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射 器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，静电纺丝时所加电压为5千伏，接收距离为15厘米，调 解溶液灌注速度为2毫升/小时，得到具有超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜，纤维的直 径在500纳米-2微米，孔径为1纳米-150纳米，纤维内外皆有孔，纤维之间也有孔，比表面 积为 58. 8m2/g。实施例4第一步，在室温下，将20wt%的聚苯乙烯(分子量208kg/mol)加入到丙酮环己烷 混合溶剂(质量比7/3)器皿中，放在磁力搅拌器上，以50rpm搅拌，溶解聚合物，得到性质 均勻的高分子溶液；第二步、在室温下，湿度40%的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射 器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，静电纺丝时所加电压为20千伏，接收距离为15厘米，调 解溶液灌注速度为4毫升/小时，得到具有超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜，纤维的直 径分布在500纳米-2微米，孔径为1纳米-150纳米，纤维内外皆有孔，纤维之间也有孔，比 表面积为5. 8m2/g。实施例5第一步，在室温下，将30wt%的聚苯乙烯(分子量208kg/mol)加入N，N 二甲基甲 酰胺和四氢呋喃混合溶剂(重量比4/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：　　第一步、在室温下，将疏水性聚合物加入到盛有溶剂的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以１０－２００ｒｐｍ的转速搅拌，溶解聚合物，得到性质均匀的高分子溶液；　　第二步、在室温、湿度为２５％－７５％的条件下，将第一步制备的高分子溶液置于密闭注射器中，在静电纺丝设备上进行纺丝，得到具有可控超高比表面积的有机纳米多孔纤维膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，林金友，俞建勇，杨建茂，孙刚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]