申请日2018.09.04
公开(公告)日2019.01.04
IPC分类号B01J20/26; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20; C02F101/30; C02F103/30
摘要
本发明公开了一种纳米纤维膜的制备及其在废水处理中的应用，涉及纳米纤维及废水处理等领域。本发明将吡啶酮大环化合物添加到聚合物纺丝液中通过静电纺丝技术制备得到纳米纤维膜，得到的纳米纤维膜对废水中的金属离子尤其是铅离子以及小分子染料尤其是阳离子型孔雀石绿染料分子具有较强选择性吸附去除性能，且本发明所用的纺丝聚合物在酸、碱条件下能稳定存在，不会发生降解，因此可以回收重复利用，节约了成本，达到环境友好的目的。
权利要求书
1.一种纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述方法是将吡啶酮大环化合物添加到聚合物纺丝液中通过静电纺丝技术制备得到纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吡啶酮大环化合物和聚合物的质量比为1：(5-10)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吡啶酮大环化合物为吡啶酮五元环化合物。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述聚合物为聚苯乙烯。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯的分子量为250000-310000。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述聚合物纺丝液的浓度为15-25g/L。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述聚合物纺丝液的溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述静电纺丝技术的纺丝电压为10-25KV，针头孔径为0.5-1.0mm，纺丝速度为0.2-2.5mL/h。
9.根据权利要求1-8任一所述方法制备得到的纳米纤维膜。
10.权利要求9所述纤维膜在废水处理领域的应用。
说明书
一种纳米纤维膜的制备及其在废水 处理中的应用
技术领域
本发明涉及一种纳米纤维膜的制备及其在废水处理中的应用，涉及纳米纤维及废水处理领域。
背景技术
在水污染的多种污染物中，重金属属于危害最大的污染物之一。科学研究表明，一些重金属离子进入人体会使人致癌、致畸等，潜伏期可长达数十年甚至更久。而在纺织工业中，80%属于印染废水，排放量很大，成分多而复杂，COD、BOD值高。印染废水属工业废水中较难治理的一种。由于技术、经济等原因，目前大多数采用的生物-物理治理方法只能达到基本排放要求。虽然在色度上略有下降，但对有机物质只是分解成较小物质，对这些分解产物性质很难控制也很难掌握，无法保证对环境不产生危害。
目前在治理废水方面方法众多，包括膜分离法、电化学法、氧化还原法以及生物法等等。这些方法虽然能够不同程度地达到处理效果，但是却各有利弊。制备新型吸附材料以其相对较低的成本、使用方法简单、稳定性、重复使用性好、处理设备要求低等优点一直是比较热门的研究方向。
吡啶酮大环化合物结构中具有特定尺寸的内部空腔，可以实现对某些客体的选择性结合。吡啶酮大环化合物对客体的分离是通过将将其溶解到与水不互溶的有机溶剂中对客体水溶液进行萃取。但该方法一方面使用了大量的有机溶剂(有毒、易挥发或易燃)存在一定的危险;另一方面重复使用困难。因此，有的研究人员试图通过物理、化学改性的方法将吡啶酮大环化合物负载到纤维素、壳聚糖等基质上进行吸附处理，但制备得到的吸附材料比表面积小，而且基质在酸、碱性条件下容易发生降解而损失。
发明内容
为了应对上述问题，本发明提供了一种对废水中的金属离子尤其是铅离子以及小分子染料尤其是阳离子型孔雀石绿染料分子具有较强选择性吸附去除性能的纳米纤维膜的制备方法及其应用。本发明所用的纺丝聚合物在酸、碱条件下能稳定存在，不会发生降解，因此可以回收重复利用，节约了成本，达到环境友好的目的。
本发明的第一个目的是提供一种纳米纤维膜的制备方法，所述方法为：将吡啶酮大环化合物添加到聚合物纺丝液中通过静电纺丝技术制备得到纳米纤维膜。
在本发明的一种实施方式中，所述吡啶酮大环化合物为吡啶酮五元环化合物。
在本发明的一种实施方法中，所述吡啶酮大环化合物化学结构为：
在本发明的一种实施方法中，所述聚合物为聚苯乙烯。
在本发明的一种实施方法中，所述聚苯乙烯的分子量为250000-310000。
在本发明的一种实施方法中，纺丝液中聚合物的浓度为15-25g/L。
在本发明的一种实施方法中，溶解聚合物所用溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲醇中的一种或多种。
在本发明的一种实施方法中，吡啶酮大环化合物与聚合物的质量之比为1：(5-10)。
在本发明的一种实施方法中，静电纺丝电压为10-25KV。
在本发明的一种实施方法中，静电纺丝选用的针头内径为0.5-1.0mm。
在本发明的一种实施方法中，静电纺丝的针头与纺丝纤维收集板之间的距离为10-20cm。
在本发明的一种实施方法中，静电纺丝的纺丝速度为0.2-2.5mL/h。
在本发明的一种实施方法中，所述方法是将分子量为250000-310000的聚苯乙烯溶解得到浓度为15-25g/L的聚合物溶液，再按吡啶酮大环化合物与聚合物的质量之比为1：(5-10)的比例添加吡啶酮大环化合物，混合搅拌溶解均匀后得到最终的静电纺丝液。将纺丝液装入注射器中，设置静电纺丝条件参数进行纺丝，最终得到所需的纳米纤维膜。
本发明的第二个目的是提供所述纳米纤维膜的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述应用是废水处理领域的应用，包括金属离子和印染废液染料的吸附处理。
在本发明的一种实施方式中，所述应用是去除染料分子或金属离子方面的应用，尤其是吸附带正电的染料分子或金属阳离子方面的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述金属阳离子可以是Cr3+、Fe3+、Pb2+、Cu2+、Ca2+、Co3+、Zn2+、Ni2+、Cd2+、Ag+等金属离子。
在本发明的一种实施方式中，所述染料分子可以是孔雀石绿阳离子染料，也可以是甲基橙阴离子染料和刚果红中性染料。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用静电纺丝的方法将吡啶酮大环化合物作为吸附添加剂添加到聚合物纺丝液中制成纳米纤维膜，一方面避免了液相萃取有机溶剂的使用，另一方面通过添加大环化合物静电纺丝的方法使本身疏水且对染料及金属离子基本无吸附效果的聚苯乙烯材料具备了对某类染料小分子及某些金属离子相当的吸附能力，而且添加大环化合物后静电纺丝纤维的表面形态发生变化，呈现很多凹凸折皱状，对吸附产生增益的效果，为金属离子、染料的去除提供了新思路。
(2)本发明方法简单、易操作按本方法得到的纳米纤维膜对某些金属离子和染料小分子都有较明显的选择性吸附效果。对Cr3+、Fe3+、Pb2+、Cu2+、Ca2+、Co3+、Zn2+、Ni2+、Cd2+、Ag+的吸附容量分别可以达到21.18mg/g、4.02mg/g、61.6mg/g、3.44mg/g、4.13mg/g、9.44mg/g、23.6mg/g、10.6mg/g、18.72mg/g、9.46mg/g;对孔雀石绿、甲基橙、刚果红的吸附容量分别达到184.21mg/g、9.33mg/g、32.54mg/g。尤其是对Pb2+和孔雀石绿的吸附性能较强和选择性高。
(3)本发明的纳米纤维膜在酸碱性条件下都比较稳定，通过解吸作用可以实现重复使用，具有较好的再生性能，环境友好。