CN102677391A

CN102677391A - 一种高选择性纳米纤维膜的制备方法

Info

Publication number: CN102677391A
Application number: CN2012101382019A
Authority: CN
Inventors: 冯淑芹; 沈新元
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，包括：（1）把壳聚糖按质量比1-6∶94-99放入溶剂中，在30-80℃下，搅拌溶解成均匀的溶液,制得纺丝液；（2）将上述纺丝液注入到微量注射泵中，连接上静电发生器进行静电纺丝，得到的纤维通过装有凝固液的容器进行接收，干燥，得到壳聚糖纳米纤维膜。本发明直接制备离子交换纤维的基体纤维，不需接枝聚合，简化了生产步骤，节约了生产成本，适合工业化生产；壳聚糖纳米纤维膜可用于高性能吸附、过滤、防护、生物医用等材料。

Description

一种高选择性纳米纤维膜的制备方法

技术领域

本发明属于纳米纤维膜的制备领域，特别涉及一种高选择性纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

在已有的吸附、提纯材料及其制备方法的技术中，常采用的基体材料是离子交换树脂、中空纤维膜、常规纤度的化学纤维和合成纤维经过功能处理得到的材料，并且一般需用接枝聚合的方法接枝苯乙烯,再经交联、功能化引入离子交换基团。例如：中国专利ZL98 1 03455.1发明的一种离子交换纤维的制备方法，用聚烯烃纤维经溶剂溶胀，再接枝苯乙烯制阴、阳离子交换纤维，交换容量可达3-3.5毫摩尔/克。另外含有一定吸附功能的高分子材料也具有分离、提纯、吸附的功能，如天然生物材料壳聚糖。

壳聚糖是一种无毒性、无刺激性的非常安全的机体用材料。由于壳聚糖分子中含有大量的氨基(-NH2)和羟基(-OH)基团，对大部分金属离子均具有较强的络合能力,因此可作为配体与金属离子形成螯合物,能从各种水溶液去除重金属离子^[1]。同时，以壳聚糖为原料制得的纤维和膜具有良好的粘附性、透过性和物理机械性能，对人体无毒，因此成为吸附用材料的研究热点。

静电纺丝制备的纳米到亚微米级纤维材料具有小尺寸、量子尺寸和特殊的表面与界面效应，有极大的比表面积,它在成形的网毡上有很多微孔,因此有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性。利用纳米纤维的这些特性可用它制作吸附材料和过滤材料,应用于亚微米微粒的过滤等方面。所以制成纳米至亚微米级离子交换纤维将有很大的前景。通过静电纺丝工艺制备的壳聚糖纳米纤维膜，具有操作方法简单、经济成本降低。而且还具有微纤效应，电学性能，以及力学性能如非常大的比表面积，柔性及超强的力学行为(如硬度和抗张强度)，交换与洗脱速度快、可以纤维及其制品等多种应用形式应用等突出优点。因此，特别是在不能使用对人体有毒的材料的情况下，壳聚糖纳米纤维膜的应用具有显著优势。这些优异的特性使壳聚糖纳米纤维膜更适合医药卫生领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，该方法直接制备离子交换纤维的基体纤维，不需接枝聚合，简化了生产步骤，节约了生产成本，适合工业化生产。

本发明的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，包括：

（1）把壳聚糖按质量比1-6∶94-99放入溶剂中，在30-80℃下，搅拌溶解成均匀的溶液,制得纺丝液；

（2）将上述纺丝液注入到微量注射泵中，连接上静电发生器进行静电纺丝，得到的纤维通过装有凝固液的容器进行接收，干燥，得到壳聚糖纳米纤维膜。

所述步骤（1）中的壳聚糖的脱酰度为25%-95%，分子量为5万-300万。

所述步骤（1）中的溶剂为六氟异丙醇、三氟乙酸、三氟乙醇、醋酸中的一种或几种。

所述步骤（1）中的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌。

所述步骤（2）中的静电纺丝工艺参数为：电压10kv～30kv，喷口孔径1μm～2mm，溶液流速1μl/h～10ml/h，环境温度0～50℃，接收距离2～50cm。

所述步骤（2）中的接收的装置采用静止状态、往复运动或旋转运动。

所述步骤（2）中的凝固液为甲醛、戊二醛、柠檬酸、水中的两种或两种以上。

所述步骤（2）中的壳聚糖纳米纤维膜的直径为50nm-500nm，孔隙率为50%-98%，交换容量为3.5-6.8mmol/g。

本发明的纳米纤维膜具有纳米纤维尺寸，较高的比表面积，较快的吸附和洗脱能力。

本发明的纳米纤维膜可以以不同织物形式参与各种离子交换与吸附及其它过程。例如，以纤维束形式用于柱交换、以非织造布等形式用于空气净化、大量溶液的浅床法处理以及特种防护服装、防毒面具、杀菌除臭衣物和其他卫生保健用品，以纤维球、可移动织物带等用于海水中铀的富集、重金属的逆流湿法冶炼过程等。

壳聚糖纳米纤维膜可以应用于重金属吸附与洗脱、生物提取物制备、染料吸附、透析材料、有毒气体的吸附等领域。

有益效果

（1）本发明直接制备离子交换纤维的基体纤维，不需接枝聚合，简化了生产步骤，节约了生产成本，适合工业化生产；

（2）纳米纤维膜吸附与洗脱速度快，吸附速度一般高于常规离子交换纤维吸附速度的2倍以上；

（3）纳米纤维膜纤维可以织布编网，制成各种组件形式，满足工业生产中的特殊要求；

（4）纳米纤维膜通水阻力小，能适应高速流动的液体或者气体；

（5）纳米纤维膜对产品的净化更为彻底，净化度可达到ppb(亿万分之一)级，这是其它材料所难以达到的；

（6）此外，与其他类似用途的材料比较，作为新一代吸附材料，其具有抗毒、杀菌、抗凝血等作用，目前应用于医药、卫生等领域具有显著的优势。

附图说明

图1为本发明高选择性纳米纤维膜的结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

（1）将脱乙酰度为85%、分子量为10万的壳聚糖原料及三氟乙酸按质量比1∶99混合，在室温下搅拌溶解，制得浓度为1wt%的电纺丝溶液；

（2）将纺丝溶液注入到微量注射泵中，连接上静电发生器进行静电纺丝（控制的静电纺参数为电压20kv，喷口孔径0.5mm，溶液流速0.5ml/h，环境温度0℃，接收距离50cm），纤维通过装有甲醛与水（2∶98wt/wt）的混合凝固液的玻璃瓶中进行接收，干燥，得到壳聚糖纳米纤维膜（结构图见图1）。

壳聚糖纳米纤维膜的直径为200nm，孔隙率为90%，交换容量为6.8mmol/g。

实施例2

（1）将脱乙酰度为95%、分子量为5万的壳聚糖原料及六氟异丙醇按质量比4∶96混合，在室温下搅拌溶解，制得浓度为4wt%的电纺丝溶液；

（2）将纺丝溶液注入到微量注射泵中，连接上静电发生器进行静电纺丝（控制的静电纺参数为电压10kv，喷口孔径1mm，溶液流速2ml/h，环境温度25℃，接收距离2cm），纤维通过装有戊二醛与水（4∶96wt/wt）的混合凝固液的玻璃瓶中进行接收，干燥，得到壳聚糖纳米纤维膜。

壳聚糖纳米纤维膜的直径为250nm，孔隙率为80%，交换容量为5.0mmol/g。

实施例3

（1）将脱乙酰度为50%、分子量为20万的壳聚糖原料及六氟异丙醇按质量比4∶96混合，在室温下搅拌溶解，制得浓度为4wt%的电纺丝溶液；

（2）将纺丝溶液注入到微量注射泵中，连接上静电发生器进行静电纺丝（控制的静电纺参数为电压30kv，喷口孔径2mm，溶液流速10ml/h，环境温度30℃，接收距离25cm），纤维通过装有柠檬酸与水（4∶96wt/wt）的混合凝固液的作往复运动的玻璃瓶中进行接收，干燥，得到壳聚糖纳米纤维膜。

壳聚糖纳米纤维膜的直径为1500nm，孔隙率为60%，交换容量为3.5mmol/g。

Claims

1.一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的壳聚糖的脱酰度为25%-95%，分子量为5万-300万。

3.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的溶剂为六氟异丙醇、三氟乙酸、三氟乙醇、醋酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌。

5.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的静电纺丝工艺参数为：电压10kv～30kv，喷口孔径1μm～2mm，溶液流速1μl/h～10ml/h，环境温度0～50℃，接收距离2～50cm。

6.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的接收的装置采用静止状态、往复运动或旋转运动。

7.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的凝固液为甲醛、戊二醛、柠檬酸、水中的两种或两种以上。

8.根据权利要求1所述的一种高选择性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的壳聚糖纳米纤维膜的直径为50nm-500nm，孔隙率为50%-98%，交换容量为3.5-6.8mmol/g。