[发明专利]一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海藻酸钠/碳纳米管(含单壁与多壁(n＝2-20))通过高压静电进行纺丝成膜的制备方法，属于纤维膜材料的制备技术。

背景技术

海藻酸钠(SA)是地球上分布较广的天然生物源高分子材料，是可持续的、不可消耗的天然原料。海藻酸钠具有稳定性、亲水性、无毒性和生物可降解性。由两种单糖组成，分别是1，4-聚-β-D-甘露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸，两者通过直线连接构成海藻酸钠。SA为白色或淡黄色粉末，具有无味性、无臭性，不溶于乙醚、乙醇、稀乙醇液、有机溶剂、酸类(pH值＜3)。SA性质与其加工工艺和制备其所用的材料有很大的关系。一般情况下，SA与水形成粘稠液，具有高粘性，其含量为0.5％时，在切变速率为1～100s^-1时，其粘度近似其水溶液，与pH值有关。海藻酸钠的应用领域非常广泛，主要有：医用材料、食品工业、造纸工业、电子设备等。

碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。碳纳米管特殊的结构决定了其具有优异的力学、电磁、热学等性能，广泛应用于各种领域。在力学性能上，碳纳米管具有优异的抗拉强度和弹性模量，其弹性模量为1TPa，约为钢的弹性模量5倍，抗拉强度可达50-200GPa，约为钢的抗拉强度的100倍，而其密度约为钢的密度的1/6。因此，将碳纳米管作为增强材料应用于其它材料，可以达到增韧、增强的效果。随着碳纳米管制备技术的成熟与碳纳米管成本的不断降低，碳纳米管的应用研究越来越成为研究的重点。如果将碳纳米管与海藻酸钠进行分子级复合，然后进行静电纺丝，则有望得到具有高吸附性能的纤维膜材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，以该方法制得材料具有高的吸附性能。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在水中的海藻酸钠进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高吸附性能的杂化纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程：

1)碳纳米管溶液的制备：将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HNO₃/H₂SO₄为1∶1的混合酸中，配制成0.01～0.1g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60℃下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为5～15mg/mL碳纳米管溶液；

2)海藻酸钠溶液的制备：在室温下将分子量为1～8万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为2～6％的溶液，磁力搅拌6h，获得透明海藻酸钠水溶液；

3)复合溶液的制备：将步骤1)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.05∶1～0.25∶1进行混合，并在在室温下超声分散2h；

4)杂化纳米纤维膜的制备：将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距离10～20cm，获得直径为200～500nm纤维膜。

本发明制备方法过程简单，所获得海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜具有高吸附性的优点。

具体实施方式

实施例1：

1)碳纳米管溶液的制备：将4.0g单壁碳纳米管加入到200ml的HNO₃/H₂SO₄(1∶1)的混合酸中，配制成0.02g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60℃下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为6.0mg/mL碳纳米管溶液；

2)海藻酸钠溶液的制备：在室温下将一定分子量为6万的的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为3.5％的溶液，磁力搅拌6h，获得的透明海藻酸钠水溶液；

3)复合溶液的制备：将步骤1)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.05∶1进行混合，并在室温下超声分散2h；

4)杂化纳米纤维膜的制备：将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，纺丝电压20kV，注射泵流速0.2mL/h，接收距离20cm，获得直径为300～400nm纤维膜。

实施例2：