[发明专利]一种多层生物基纳米纤维重金属过滤膜、制备方法及其用途

说明书

本发明提供了一种多层生物基纳米纤维重金属过滤膜、制备方法及其用途，以海藻酸钠和聚乙烯醇的混合溶液、聚乙烯亚胺和聚乙烯醇的混合溶液为原料，采用单针头交替进行静电纺丝，两层纤维层交替层叠的多层生物基纳米纤维膜。本发明所制备的多层复合纳米纤维膜具有高效的重金属截留效率、良好的生物降解性、可重复使用，具有较大的市场应用前景；并且制备过程操作简单、易于控制、绿色经济、便于工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米功能材料和环境水处理领域，具体涉及一种多层生物基纳米纤维重金属过滤膜、制备方法及其用途。

背景技术

随着工业的发展，自然界中的金属正被加速开采和利用，伴随着金属的大量消耗，工业能力直线提高。但是在这些金属的使用过程中，必不可少的存在浪费和污染，而一些重金属的处理不得当，会其污染了水环境和土壤环境，让我们的生产和生活受到影响。其次，由于重金属离子是具有积蓄性的环境污染物，很难被微生物降解，最终，随着食物链大量积聚到我们人体，轻则影响我们的身体健康，重则威胁到我们的生命。因此，环境中重金属离子的去除已成为当今世界研究的焦点。

静电纺丝技术是一种高分子流体静电固化工艺，能将高分子聚合物、金属氧化物、碳、金属、复合材料等各类材料固化并生成纤维丝。目前，人们已经可以通过静电纺丝工艺来制备过滤膜、生物发光材料、生物组织支架、电极材料、纳米级电缆、超级电容器等。该工艺因其良好的材料成型能力、快速制备能力和较低的制备成本而在工业界和学术界得到较为广泛的应用。静电纺丝工艺可以在短时间内实现聚合物聚集体以纤维形式形成膜结构，形成的膜具有直径小、均一性好、比表面积大、孔隙率高等特点。生物质高分子因其来源广泛，成本低廉，使用后可被生物降解，绿色可持续，广泛运用于废水中重金属离子的吸附与分离。

近年来，静电纺丝技术在过滤膜领域中的研究已成为国内外热点，但就目前的研究进展上看，国内外对过滤膜的研究大部分都说明了对重金属的高吸附率，在对纳米纤维膜的重复使用上，相关研究内还是较少。对于纳米纤维膜可脱附性是纳米纤维膜能够实现重复使用的关键，脱附的简易性及高脱附率，是纳米纤维膜可重复使用的关键因素。

发明内容

为了解决现有重金属吸附薄膜重复利用次数少、通量低等问题，本发明以生物质海藻酸钠和合成聚合物聚乙烯亚胺、聚乙烯醇为原料，提供一种能够吸附重金属离子的海藻酸钠和聚乙烯亚胺的多层复合纳米纤维超滤膜及其制备方法。该方法操作简单、易于控制、绿色经济、截留率高的特点，在水处理领域具有广阔的应用前景。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种海藻酸钠多层生物基纳米纤维重金属过滤膜的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)原液的配制

将海藻酸钠配置成质量分数为1～5％的水溶液A；将聚乙烯亚胺配置成质量分数为1～10％的水溶液B；将聚乙烯醇配置成质量分数为3～10％的水溶液C；

(2)纺丝混合液的配制

将步骤(1)得到的水溶液A和C在常温下按一定比例配置成混合溶液，得到纺丝液D；将步骤(1)得到的水溶液B和C按一定的比例配置成混合溶液，得到纺丝液E；

(3)多层复合纳米纤维膜的制备

将步骤(2)得到的纺丝液D和E分别注入注射器F和G，注射器F和G交替进行静电纺丝；所述纺丝液D中的海藻酸钠与聚乙烯醇在常温下以氢键的形式结合，在静电纺丝过程中形成纳米纤维层H；所述纺丝液E中的聚乙烯亚胺与聚乙烯醇在常温下以氢键的形式结合，在静电纺丝过程中形成纳米纤维层I；最终获得纳米纤维层H与纳米纤维层I交替层叠的海藻酸钠多层生物基纳米纤维重金属过滤膜。

进一步地，步骤(2)中所述纺丝液D、纺丝液E在配制过程中，水溶液A和C、水溶液B和C混合后，用旋涡混匀器快速混匀，超声去除气泡后开始纺丝。