[发明专利]一种静电纺丝制备纳米金属氧化物掺杂的导电吸附复合膜方法

说明书

本发明公开了一种静电纺丝制备纳米金属氧化物掺杂的导电吸附复合膜方法。其包括：(1)将高分子稳定剂和纳米金属氧化物溶解于有机溶剂中；(2)将高聚物前体物加入步骤(1)所得溶液中，搅拌，得到纺丝原液；(3)将步骤(2)得到的纺丝原液进行电纺，得到纳米金属氧化物掺杂的吸附膜；(4)将步骤(3)得到的吸附膜浸入氧化剂溶液中剥离；(5)将步骤(4)剥离的吸附膜进行界面聚合，在氧化改性膜表面和内部原位生长得到聚吡咯‑纳米纤维核壳结构，从而得到导电吸附膜原膜；(6)清洗步骤(5)得到的导电吸附膜原膜。所制备的导电吸附复合膜的纤维为350‑800纳米，电导率为900‑3700S/m、在3h内可将40mg/L的染料全部吸附在膜表面，而后通过电催化氧化过程，可将染料完全降解。

技术领域

本发明属于膜材料技术领域，具体涉及一种静电纺丝制备纳米金属氧化物掺杂的导电吸附复合膜方法。

背景技术

静电纺丝技术是一种高效纳米纤维纺织技术，制备得到的纳米纤维具有比表面积高、机械稳定性好和纤维连续性好等优点。其应用已涉及过滤、分离、吸声、能源、组织工程、传感器等领域。近年来，静电纺丝制得的纳米纤维也已在空气净化、电池隔膜和生物医学方面有重要应用。近十年来，人们尝试以静电纺丝技术制备水过滤膜组件，主要目标为大通量小阻力的微滤或超滤膜。与传统的膜技术相比，静电纺丝所制备的纳米纤维结构的膜具有孔径可控、孔隙率高、孔的连通性好以及通量大的优点。此外，静电纺丝纳米纤维膜还具有较强的吸附能力，将其用于饮用水的过滤净化，不仅可以拦截水中的小颗粒、悬浮物、细菌等，还可以有效吸附去除对人体有害的微量重金属离子，在某种程度上有望同时替代传统的纳滤和纳滤预处理的微滤技术，对提高饮用水处理的简洁性和安全性具有重要意义。

近年来，利用静电纺丝制备导电纳米纤维膜已初具规模，其主要集中在利用聚苯胺作为纺丝原液进行纺丝制膜，这是由于经过樟脑磺酸、盐酸、硫酸等掺杂的聚苯胺可溶于有机溶剂中制成制膜液。也有学者利用PEO、碳纳米管、二氧化钛、聚甲基丙烯酸甲酯等改性聚苯胺制膜液，来提高聚苯胺导电膜的电导率、机械强度等特性。然而关于聚吡咯制备静电纺丝导电纳米纤维膜的报道较少，其主要是由于聚吡咯不熔不溶的特性导致其难以溶解于纺丝制模液中，而据报道聚吡咯的电导率和环境稳定性均优于聚苯胺，因此开发一种环境友好、兼具催化功能的聚吡咯纳米纤维导电吸附膜具有重要意义。

本发明提出了一种新型聚吡咯纳米纤维导电吸附膜制备方法，本质上来说，本发明是一种纺丝制膜+界面聚合相耦合的方法。本发明所制备的聚吡咯纳米纤维导电吸附膜具有高电导率、可吸附染料、通电后可降解燃料、机械强度好等特性。

发明内容

本发明提供一种静电纺丝制备纳米金属氧化物掺杂的导电吸附复合膜方法，依次的主要步骤和工艺为：

(1)首先将高分子稳定剂和纳米金属氧化物溶解于有机溶剂中，超声分散1-3h，待其变成均一溶液后，将高聚物前体物加入其中，在温度60-70℃，搅拌时间8-24h，至溶液均一稳定，得到纺丝原液；

(2)而后将纺丝原液进行电纺，得到纳米金属氧化物掺杂的吸附膜，静电纺丝条件为：温度为25-35℃，纺丝电压为10-20kV，纺丝溶液流速为1-10mL，纺丝接收距离为10-15cm，接收棍电极转速为300-1000rpm，针头来回走速20-40cm/min，纺丝时间24-72h；

(3)而后通过氧化剂溶液剥离得到氧化改性吸附膜，而后通过界面聚合手段，在氧化改性膜表面和内部原位生长得到聚吡咯-纳米纤维核壳结构，从而得到导电吸附膜原膜；所述氧化剂为六水合氯化铁和过硫酸铵中的一种，其摩尔浓度为0.5-2.0mol/L。

(4)最后通过丙酮、盐酸和去离子水反复清洗得到最终的纳米金属氧化物掺杂的导电吸附复合膜。

所制备的导电吸附复合膜的纤维为350-800纳米，电导率为900-3700S/m、在3h内可将40mg/L的染料全部吸附在膜表面，而后通过电催化氧化过程，可将染料完全降解。