[发明专利]一种磺化聚芳醚酮正电粒子吸附膜及其电纺制备方法

说明书

本专利涉及一种静电纺丝纤维膜及其备方法，特别涉及一种利用磺化聚芳醚酮(SPEK‑C)材料制备的正电粒子吸附膜及其电纺制备方法。该方法的基本步骤为：利用浓硫酸将聚芳醚酮(PEK‑C)材料磺化，用去离子水将磺化的聚芳醚酮(SPEK‑C)材料析出，用N‑甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂将SPEK‑C溶解以制取电纺液，最终利用带滚筒的静电纺丝装置制备吸附用SPEK‑C纤维膜。SPEK‑C的磺化程度随着磺化时间而加深，同时吸附能力也随之提升，说明吸附活性位点可通过调节磺化参数控制；SPEK‑C纤维膜可通过脱附剂进行脱附再生，可循环多次利用，绿色环保，大大降低了吸附成本。

技术领域

本专利涉及一种静电纺丝纤维膜及其制备方法，特别涉及一种磺化聚芳醚酮(SPEK-C)材料的正电粒子吸附膜及其电纺制造方法。该纤维膜具有在水溶液中带负电的特性因而可以吸附水溶液中的正电粒子。

背景技术

我国水污染问题突出，部分地区地下水存在一定程度重金属污染(砷、铅、六价铬、镉等超标)，且部分直排海污染源排放汞、六价铬、铅和镉等重金属。水中残留的重金属作用时间长、不可降解、不可逆转，对公众健康构成严重威胁，社会对简洁且高效的重金属去除办法愈发需求。目前，国内外对于重金属污染的去除方法已经展开研究，主要的处理方法包括：化学法、物理法和生物法。物理法主要包括离子交换、膜分离法、吸附法等。吸附法主要通过物理作用或弱化学键，将污染物吸附在吸附剂表面，实质上是吸附剂表面活性对于重金属离子的吸引力，以其操作简单、灵活多样、普适性好和无副产物的优良特性被认为是水中低浓度污染物去除的重要方法。目前广泛应用的吸附剂是活性炭，其吸附能力强，成本低，但其深度处理技术没有解决，能耗大，费用高，且再生问题一直没有得到解决。故重金属吸附材料存在两个亟需解决的关键问题：(1)污染物在吸附剂内部孔隙扩散系数小，吸附速度慢；(2)吸附活性位点少，对低浓度污染物吸附力弱，吸附容量小；(3)材料难以再生，不能重复利用。

发明内容

针对前述问题，本发明提出了一种基于静电纺丝的磺化聚芳醚酮(SPEK-C)正电粒子吸附膜及其制备方法。利用静电纺丝技术制取微纳尺寸的高分子纤维，由于自身结构以及尺寸特点，具有比表面积大、活性位点多、质量轻等优点，吸附容量大，吸附速度快，解决了污染物在吸附剂内部扩散系数小、吸附速度慢的问题；利用磺化反应在聚芳醚酮(PEK-C)高分子上枝接磺酸基团，利用磺酸基团在水中会水解的特性，使得高分子纤维在水中带负电，从而利用静电力吸附水中的正电粒子，包括正电胶高分子颗粒、正电离子团及阳离子等，通过磺化工艺自由调控吸附活性位点，解决了吸附容量小的问题，甚至进一步实现了吸附容量的自由调控；利用乙醇+NaOH作为脱附剂，实现材料的脱附再生，使得纳米纤维膜能重复循环利用，大大地提高了材料的利用率，极大削减了吸附成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种磺化聚芳醚酮正电粒子吸附膜，该吸附膜为利用磺化聚芳醚酮(SPEK-C)材料制备的纤维膜，该纤维膜由磺化反应引入的吸附活性位点产生静电特性，在水溶液中呈带负电特性，吸附水溶液中的正电粒子。

本发明还提供了一种磺化聚芳醚酮正电粒子吸附膜的电纺制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：磺化聚芳醚酮SPEK-C固体的制备，

步骤S2：电纺溶液的制备，用NMP液体溶解磺化聚芳醚酮(SPEK-C)，

步骤S3：电纺纤维膜的纺制，用SPEK-C纤维膜的纺制装置进行磺化聚芳醚酮(SPEK-C)纤维膜的纺制。

进一步的，所述步骤S1具体包括，

步骤S11：利用浓硫酸将聚芳醚酮(PEK-C)材料磺化；

步骤S12：用去离子水将磺化聚芳醚酮(SPEK-C)析出并烘干，制取磺化聚芳醚酮(SPEK-C)颗粒。