[发明专利]聚酯纳米纤维改性膜吸附材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料领域，具体涉及一种能够高效吸附重金属离子的聚酯（PET）纳米纤维改性膜吸附材料。

背景技术

重金属主要是指相对密度在5以上的金属，主要包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋，工农业废水、城市生活污水及各种采矿废水均含有大量的重金属离子，这些重金属通过食物链而生物富集，构成对生物和人体健康的严重威胁。我国的GB18918-2002标准中规定允许排放的重金属浓度为：汞总浓度<0.001mg/L,镉总浓度<0.01mg/L，铅总浓度<0.1mg/L。因此，对污水中重金属离子的去除和回收意义重大。

目前应用于水溶液中重金属离子回收的方法有化学沉淀法、溶剂萃取法，吸附法，离子交换法等方法。但这些方法的效率低而成本高，且水溶液中重金属离子含量较低时不适用。吸附技术因易操作、高效、重复利用性好、成本低而备受关注。众所周知，要想高效吸附水体中的重金属离子，比表面积大的多孔材料是最佳材料。传统的吸附剂有活性炭、离子交换树脂。活性炭具有比表面积大、多孔的特点，但非选择性吸附和再生成本高从而限制了其广泛应用。离子交换树脂具有比表面积大、多孔性、对芳香烃分子选择吸附性高的优点，但制备成本高，亲水性能低其工艺复杂。

本发明通过静电纺丝法制备了静电纺丝纤维膜，然后对纳米纤维膜进行了接枝改性，得到了纳米纤维改性膜并应用于水溶液中重金属离子的吸附。本发明的主要优点有：1、制备的纳米纤维改性膜具有高比表面积和高孔隙率；2、制备过程操作简单、成本低；3、纳米纤维膜有亲水性、吸附量大，吸附速度快、原料来源广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备聚酯纳米纤维改性膜吸附材料。该纳米纤维改性膜能够高效吸附水溶液中的重金属离子。

本发明的原理和方法：本发明以聚对苯二甲酸乙二醇酯溶于有机溶剂，配置了静电纺丝溶液，进行电纺获得了聚酯纳米纤维膜。然后对聚酯纳米纤维膜进行了等离子体接枝处理，得到了具有亲水性的聚酯纳米纤维改性膜。该膜能够作为吸附材料吸附水溶液中的重金属离子。

衡量吸附剂吸附性能的一个重要指标就是吸附量，即当吸附达到平衡时单位质量的吸附剂从溶液中吸附的重金属离子的量，其计算公式如下:

q=(C0-Cf)VW...(1)]]>

q为一定温度下的吸附量，mg/g；C₀和C_f分别为溶液中金属离子的起始浓度和最终浓度，mg/L；V为溶液的体积，L；W为吸附剂的质量，g。本发明采用这种方法计算聚酯纳米纤维改性膜吸附溶液中重金属离子的吸附量。

本发明的具体实施步骤如下：

1）电纺溶液的配制：将PET溶解于三氟乙酸（TFA）和二氯甲烷（CH₂Cl₂）体积比为9:1混合溶剂中，配成PET的质量与混合溶剂的体积比为17%纺丝溶液，搅拌至均一透明的电纺溶液。

2）电纺丝步骤：将步骤1）中的纺丝溶液加入到静电纺丝装置的储液管中，通过微量注射泵控制挤出速度为0.002mm/s；纺丝电压为25kV，纺丝喷头到接收器的距离为15cm；得到形貌均一的纳米纤维，扫描电镜观察纤维形态。

3）纳米纤维膜的接枝改性：将步骤2）中得到的纳米纤维膜N₂低温等离子处理，接枝单体为AA时，处理参数时间为180s，放电功率为150W，N2进气量为100sccm。

接枝单体为AM时，N₂低温等离子处理的参数为放电时间为180s，放电功率为200W，N₂的流量为100sccm。

4）将3）处理后的进行丙烯酸单体气相接枝处理，参数为放电时间为60s，放电功率为150W，汽化的AA单体的流量为3L/min。