[发明专利]一种具有微纳结构的多孔材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微纳结构的多孔材料及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化进程加快，水污染形势日趋严重。如何提高废水处理水平，缓解废水污染及水资源紧张等状况已成为当今水处理领域的热点。水污染的主要原因是有机物污染物和重金属离子的排放，一方面会直接污染水源导致大量废水的产生从而使水资源紧张，另一方面会通过生物链聚集效应威胁人类的健康。因此，对水污染控制和治理成为重中之重。目前，很多技术被应用于水污染净化处理，如吸附、沉淀、电解、絮凝、膜技术等。与其它方法相比，吸附法具有低污染、处理高效、经济实用等优点备受人们青睐。

目前，常用的多孔吸附剂主要以无机材料为主，包括活性炭、硅藻土、膨润土和二氧化硅等，这类吸附剂具有较好的吸附活性，但制备过程复杂、能耗大、成本高，不利于实现器件化和实际应用。

聚合物吸附剂由于具有吸附效率较高、制备简便、成本低廉等优点而被广泛研究。但聚合物吸附剂在处理过程中内部造孔剂难以经过刻蚀而不易形成均质的多孔结构，导致较低的比表面积，继而影响吸附效果。3D打印是一种新型的智能制造技术，相比传统成型方式而言，其快速制备、精细化制造、材料利用率高等优点而备受关注。熔融沉积成型（FDM）作为3D打印技术重要组成部分，它可将聚合物通过熔丝堆叠形成具有复杂结构的器件，已成为制备聚合物吸附剂的有效途径。

聚乳酸（PLA）是一种环境友好型材料，具有良好的机械强度和生物相容性。它主要通过丙交酯开环聚合得到，其中的酯基使其具有一定的极性，同时由于其具有良好的熔融沉积成型性能，可用来制备聚合物吸附剂的骨架。聚乙烯醇（PVA）具有良好的水溶性，不会造成溶剂的二次污染，可用来当作聚合物吸附剂的造孔剂。另外，为了更好地适应成型过程，本文还选用热塑性聚氨酯（TPU）或聚己内酯（PCL）作为增韧剂增韧复合体系。

发明内容

针对上述背景和问题，本发明的目的旨在解决现有多孔材料制备过程复杂、能耗大、成本高等问题，而提供一种具有微纳结构的多孔材料及其制备方法。本发明制得的多孔材料孔隙率高、结构可控，制备方法简单高效、无二次污染，可应用于污水处理。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

1、一种具有微纳结构的多孔材料，其特征在于，按照重量百分比配比为：

聚乳酸55-85

造孔剂10-30

增韧剂2-12

增塑剂1-10

稳定剂1-5。

所述的造孔剂为聚乙烯醇（PVA）。

所述的增韧剂至少有一种选自热塑性聚氨酯（TPU）、聚己内酯（PCL）。

所述的增塑剂至少有一种选自甘油、乙二醇、聚乙二醇。

所述的稳定剂至少有一种选自滑石粉、氢氧化钙、氧化钙、氢氧化镁。

本发明所述的一种具有微纳结构的多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 ：

A.将聚乳酸、造孔剂、增韧剂、增塑剂和稳定剂混合后通过螺杆熔融挤出造粒；

B.将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材；

C.将3D打印线材通过FDM技术打印成特定结构；

D.将特定结构放入水中进行溶解，得到具有微纳结构的多孔材料。

所述的FDM技术的打印机喷嘴直径为0.01-0.5mm。

所述步骤D的水中进行溶解的水温为0℃-80℃。

所述步骤D的水中进行溶解的溶解时间为5-300min

所述步骤D得到具有微纳结构的多孔材料的孔径为0.005-10μm；所述步骤D得到具有微纳结构的多孔材料的孔形态至少有一种为圆筒形、平板形或楔形。

本发明的有益效果为：1）本发明制得的多孔材料，是一种基于FDM技术成型的高分子材料，具有优异的打印成型性能，且打印产品稳定性高，结构可控；2）本发明制得的多孔材料，采用水溶性聚合物作为造孔剂，造孔过程绿色环保，且孔径大小可控；3）本发明制得的多孔材料，具有孔隙率高、吸附物质广泛，且制备方法简单高效，可应用于污水处理。

附图说明

图1为一种具有微纳结构的多孔材料扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例子对本发明做进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下实施例。

实施例1

1、一种具有微纳结构的多孔材料，其特征在于，按照重量百分比配方：

PLA65

PVA20

TPU6

乙二醇 7

滑石粉 2。