[发明专利]功能化柔性无机多孔纤维膜、制备方法及其在同时去除水中油污及重金属离子方面的应用

说明书

本发明涉及一种功能化柔性无机多孔纤维膜的制备方法及其在同时去除水中油污及重金属离子方面的应用，属于功能材料技术领域。本发明使用具有等级孔结构及很高比表面积的氧化硅、氧化钛复合多孔纤维膜作为基底，通过化学表面接枝方法在所述基底纤维膜的内、外表面接枝多种功能基团。功能化柔性无机多孔纤维膜具有水下超疏油的性质，当用水预浸润后，纤维膜可以允许水透过，并阻挡与水不混溶的油类，从而实现油水分离。同时表面修饰的有机功能基团可以吸附除去水中的多种重金属离子。上述功能的结合使该功能化柔性无机多孔纤维膜可以同时除去水中油污及重金属离子，且具有良好的重复利用性。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种功能化柔性无机多孔纤维膜、制备方法及其同时去除水中油污及重金属离子方面的应用。

背景技术

水污染影响着全球数以百万计的人口，给人类的生存和健康带来巨大的风险。近年来，海上石油生产及运输过程中频发的海洋原油泄漏事故以及石油化工、纺织业和食品制造业引发的油污染已经成为全球最紧迫的环境问题之一。因此，如何高效的实现油水混合物的分离受到学界的广泛关注和研究。伴随着人们对自然界特殊浸润现象的学习和深入理解，大量具有超浸润性质的先进材料被开发出来用于油水混合物的分离，取代了效率低下的传统材料，极大地促进了该学科的发展。目前该方面的研究主要局限于单纯的油水分离，对于同时处理水中的油污以及其他有害物质，诸如重金属离子等的工作报道较少。

重金属离子通常在石油精炼、化肥和农药生产等过程中被大量排放至水体中，并给环境带来严重的风险。由于重金属离子无法被微生物降解，当重金属离子在水中的浓度超过其临界浓度时，由于其本身的毒性以及食物链的生物放大作用，会严重危害生态环境和人体健康。例如铅离子可直接损害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，造成先天智力低下，对老年人则会造成脑萎缩；镍离子可引起呼吸和中枢性循环紊乱，使心肌、肺、脑和肾出现水肿、出血和变性。因此，在工业废水排放之前移除其中过量的重金属离子，不管对于人类的健康还是环境的安全，都是十分重要的课题。

许多传统的方法被用来从水体中消除这些重金属离子，比如凝聚-絮凝法、化学沉淀法、浮选法、反渗透法、离子交换和纳滤法等。然而，这些方法都有着无法避免的缺陷，比如分离效率低，对分离环境要求高以及如何防范分离所产生的有毒浆体对环境造成的二次污染等。因此，迫切需要开发更加实用和环境友好的技术。吸附法被认为是现今在水处理和分析方面的最有效的方法之一。其中无机多孔材料，由于其大的比表面积、可控的孔尺寸、狭窄的孔径分布以及良好的热/ 化学稳定性，已被广泛应用与传统的吸附分离领域。将氨基或巯基基团修饰在无机多孔材料的内、外表面，会大大提高无机多孔材料对重金属离子的吸附活性和选择性。但绝大部分无机多孔材料为粉末形态，不利于回收再利用，同时进入水体中易引发二次污染，并且无法同时去除油污和重金属离子。具有特殊浸润性并用于油水分离的材料大多为膜或多孔块体形态，对这类材料进行功能化修饰使其具备吸附重金属离子的能力，有望解决上述难题，实现复杂工业废水的综合处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化柔性无机多孔纤维膜及其制备方法。该柔性无机多孔纤维膜可用于同时除去水中油污及重金属离子，实现污水的快速、高效净化。

本发明使用的柔性无机多孔纤维膜为借助静电纺丝技术制备的氧化硅、氧化钛复合柔性无机多孔纤维交织所成。该纤维膜具有等级孔结构及很高的比表面积，并可以通过化学修饰的方法在纤维膜的内、外表面接枝多种功能基团。选用不同种类的功能基团及适当的修饰时间，可以使纤维膜同时具有水下超疏油及油下超亲水的性质。当用水预浸润后，纤维膜可以允许水透过，并阻挡与水不混溶的油类，从而实现油水分离。基于这类材料的高亲水、低亲油性，该纤维膜不易被油类污染或阻塞，且易于回收再利用。油水分离过程中一旦被油类污染，只需用少量水冲洗即可将吸附在纤维膜表面的油类去除，具有极强的自清洁性能。

本发明使用功能基团为氨基或巯基的硅烷偶联剂对无机多孔纤维膜进行化学修饰，使其可以选择性的吸附水中的多种重金属离子。上述功能的结合使功能化柔性无机多孔纤维膜可以同时除去水中油污及重金属离子。