功能化纳米纤维重金属离子吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料及其制备方法，其特征在于所述材料通过以下步骤进行制备：（１）将聚合物基材、功能化试剂在合适的溶剂中溶解形成带有功能化试剂的聚合物溶液；（２）利用静电纺丝方法将（１）制备的带有功能化试剂的聚合物溶液制成功能化纳米纤维重金属离子吸附材料；所述功能化纳米纤维重金属离子吸附材料的纤维直径在１０～１０００ｎｍ范围内。该方法简便安全、制备的纤维材料尺寸为纳米级直径，比表面积大，吸附性能强，应用时材料的使用量少，有利于在样品量少的生物样品中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属污染处理
，具体涉及一种纳米级的重金属离子吸附材料及其制备方法。
技术介绍
大气、水体、土壤等人类赖以生存的环境都受到不同程度的重金属污染，人类的健 康也就深受其害。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气 排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。如日本的水俣病和痛痛病分别由汞污 染和镉污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学 形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。 重金属指比重(密度)大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、 铌、钽、钛、锰、镉、荥、鸨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元 素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度 都对人体有毒。重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、 冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤 中，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系 统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和 底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓縮，从而造成公害。如日本的水俣病，就是 因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛痛病， 是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环 境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了 约ioo倍，损害了人体健康。在现代工业积极发展的同时，保护和捍卫人类健康是一个极为 艰巨的任务，这不仅要控制重金属的排放，而且要对受污染的环境进行治理，还要对环境的 受污染程度、人体的暴露水平进行监测。 目前，重金属污染的治理主要靠吸附原理来进行。重金属离子的吸附材料在其中 发挥着重要的作用，对废水、废气进行处理，能有效控制其排放；也能用于治理被重金属污 染的环境；对于低水平的污染，利用吸附材料能有效达到分离富集的目的，排除干扰、降低 检测限，从而实现对重金属的污染的监测。重金属离子的吸附材料种类较多，按作用机制大 致可分为三类以离子交换为基础的材料、以物理吸附为基础的材料、以功能化基团作用为 基础的材料。其中，离子交换材料的吸附效率不佳；以物理吸附为基础的材料，以活性炭为 代表，吸附平衡需要的时间较长，用于环境检测样品前处理时，检测方法加标回收率不高， 准确性难以保证。现在研究较多的是依靠功能基团捕获的吸附材料，这类材料通常是在聚 合材料引入功能基团，重金属离子与功能基团发生配合等选择性相互作用，使该材料对重 金属离子有效的吸附。因此，功能基团的引入是此类材料吸附效果的关键因素。 引入功能基团的方法目前有几种，如在进行有机合成时直接把功能基团合成到聚 合物上，但此方法工序繁琐，功能基团的引入效果不稳定；另一种方法是，对聚合物表面进行加工修饰，使用各种化学试剂处理聚合物，除了工序繁琐外，多种化学试剂的使用会带来 较大的环境问题。现在使用的重金属离子吸附材料，就粒径尺寸而言，大部分都是微米级以 上的，在体积微小的样品处理方面很难进行处理，如血液、唾液等量少的生物样品中重金属 的吸附、净化处理，这些生物样品中重金属的吸附富集有利于快速准确的监测，而目前的重 金属离子吸附材料吸附性能还不理想，难以满足要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，解决了现有技术中重金属离子吸附材料粒径较大，难以高效吸附和富集体积微小的样品等问题。 为了解决现有技术中的这些问题，本专利技术提供的技术方案是 —种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述材料通过以下步骤进 行制备 (1)将聚合物基材、功能化试剂在合适的溶剂中溶解形成带有功能化试剂的聚合 物溶液； (2)利用静电纺丝方法将(1)制备的带有功能化试剂的聚合物溶液制成功能化纳 米纤维重金属离子吸附材料；所述功能化纳米纤维重金属离子吸附材料的纤维直径在10 1000nm范围内。 优选的，所述步骤(1)中聚合物基材选自一种或一种以上的以下化合物聚苯乙 烯、苯乙烯_甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、丙烯酸树脂、聚己内酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚 乙烯吡咯烷酮、尼龙6。 优选的，所述步骤(1)中功能化试剂选自吡啶类化合物(如4-氨基吡啶)、吡啶偶 氮类化合物(如吡啶偶氮萘酚)、8-羟基喹啉类化合物(如8-羟基喹啉)、三苯甲烷类酸性 染料(如邻苯二酚紫)、含硫化合物(如双硫腙)。 优选的，所述步骤(1)中合适的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢 呋喃、异丙醇、乙醇、乙酸、甲酸或上述溶剂的混合溶剂。 本专利技术的另一目的在于提供一种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料的制备方 法，其特征在于所述方法包括以下步骤 (1)将聚合物基材、功能化试剂在合适的溶剂中溶解形成带有功能化试剂的聚合 物溶液； (2)利用静电纺丝方法将(1)制备的带有功能化试剂的聚合物溶液制成功能化纳 米纤维重金属离子吸附材料。 优选的，所述方法步骤(1)中聚合物基材选自一种或一种以上的以下化合物聚 苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、丙烯酸树脂、聚己内酰胺、聚乙烯吡咯烷 酮、聚乙烯吡咯烷酮、尼龙6。 优选的，所述方法步骤(1)中功能化试剂选自吡啶类化合物(如4-氨基吡啶)、吡 啶偶氮类化合物(如吡啶偶氮萘酚)、8-羟基喹啉类化合物(如8-羟基喹啉)、三苯甲烷类 酸性染料(如邻苯二酚紫)、含硫化合物(如双硫腙)。 优选的，所述方法步骤(1)中合适的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、 四氢呋喃、异丙醇、乙醇、乙酸、甲酸或上述溶剂的混合溶剂。 优选的，所述方法步骤(1)聚合物基材的功能化试剂在带有功能化试剂的聚合物 溶液的质量体积分数为0. 25 0. 5% 。 优选的，所述方法步骤(1)中所述聚合物在带有功能化试剂的聚合物溶液的质量 体积分数在5% 15%范围内。 相对于现有技术中的方案，本专利技术的优点是 1.本专利技术技术方案利用静电纺丝技术将带有功能化试剂的聚合物溶液纺制成纳 米纤维重金属离子吸附材料。而功能化试剂紧密结合到纳米纤维上，功能基团则暴露在纤 维表面，当进行重金属污染处理时，重金属离子与其功能基团结合，从而达到吸附的目的。 2、本专利技术技术方案除了直接制备功能化重金属离子吸附材料的优点之外，克服了 常规引入功能基的化学合成法工艺复杂、试剂使用多的不足，制备方法简便安全。 3、本专利技术制备的重金属离子吸附材料尺寸为纳米级的，比表面积大，应用时材料 的使用量较微米级的材料少，更有利于在样品量少的生物样品中的应用。因此，该功能化的 纳米纤维在重金属污染的防治、监控方面会得到广泛的应用。 综上所述，本专利技术提供了一种纳米级的重金属离子吸附材料及引入功能基团的制 备方法，较为轻易的实现纳米纤维功能化。该方法简便安全、制备的材料尺寸为纳米级粒 径，比表面积大，吸附性能强，应用时材料的使用量少，有利于在样品量少的生物样品中的应用。附图说明 下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述材料通过以下步骤进行制备：（１）将聚合物基材、功能化试剂在合适的溶剂中溶解形成带有功能化试剂的聚合物溶液；（２）利用静电纺丝方法将（１）制备的带有功能化试剂的聚合物溶液制成功能化纳米纤维重金属离子吸附材料；所述功能化纳米纤维重金属离子吸附材料的纤维直径在１０～１０００ｎｍ范围内。

【技术特征摘要】
一种功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述材料通过以下步骤进行制备(1)将聚合物基材、功能化试剂在合适的溶剂中溶解形成带有功能化试剂的聚合物溶液；(2)利用静电纺丝方法将(1)制备的带有功能化试剂的聚合物溶液制成功能化纳米纤维重金属离子吸附材料；所述功能化纳米纤维重金属离子吸附材料的纤维直径在10～1000nm范围内。2. 根据权利要求1所述的功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述步骤(1)中聚合物基材选自一种或一种以上的以下化合物聚苯乙烯、苯乙烯_甲基丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、丙烯酸树脂、聚己内酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、尼龙6。3. 根据权利要求1所述的功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述步骤(1)中功能化试剂选自吡啶类化合物、吡啶偶氮类化合物、8-羟基喹啉类化合物、三苯甲烷类酸性染料、含硫化合物。4. 根据权利要求3所述的功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述功能化试剂选自4-氨基吡啶、吡啶偶氮萘酚、8-羟基喹啉、邻苯二酚紫、双硫腙。5. 根据权利要求1所述的功能化纳米纤维重金属离子吸附材料，其特征在于所述步骤(1)中合适的溶剂选自N， N-二甲基甲酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：康学军，邓剑军，顾忠泽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]