CN103055722A - 一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法。本发明采用聚烯烃共聚物为基体材料，经表面化学改性、活性分子的固相合成工艺，制备出化学改性的具有重金属吸附功能的纳米纤维膜。采用本发明制备出来的具有重金属吸附功能的纳米纤维膜，在性能方面克服了传统金属离子吸附剂存在的工艺复杂、成本高、易造成二次污染等缺点，利用氨基多酸络合重金属离子的原理，实现对重金属离子的有效吸附。并且由于采用了固相合成，使氨基多酸能很好的固定在纳米纤维膜的表面，可以反复循环吸附重金属离子。该具有重金属吸附功能的纳米纤维膜能广泛的应用在水处理等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法，属于膜材料技术领域。
背景技术
冶金、电子、化工、纺织等行业易排放大量重金属离子废水，这些废水对环境的危害很大从而成为环境学界密切关注的研究课题。重金属在水中、土壤中不能被分解，易形成食物链传递，进入人体后易造成积累和中毒。为解决废水中重金属对环境带来的危害，大量的重金属吸附剂被发明和应用。中国专利公开号为CN101954268A，公开日为2011年01月26日，发明名称为一种水体重金属离子吸附剂的制备方法，该方法是将水、硫脲和四氯化钛按一定比例混合搅拌后烘干并煅烧得到硫改性的纳米二氧化钛吸附材料。该产品能有效效吸附重金属离子，但是原料四氯化钛具有强腐蚀性和刺激性气味，受热或遇水易放出有毒的腐蚀性烟气，工业化生产时存在安全隐患，并且吸附金属离子后需将吸附剂二氧化钛粉末从水中分离出来，工作量大并易造成二次污染。中国专利公布号为CN102179233A，公布日为2011年09月14日，发明名称为一种重金属离子吸附剂制备方法，该方法是将城市污水处理厂污泥和低变质程度煤混合均匀后在高温下进行炭化，再经磨碎才得到吸附剂产品。该产品虽然能吸附金属离子，但是需要高温碳化，工艺条件苛刻，并且吸附剂从废水中分离困难，污泥也易造成二次污染。中国专利公布号为CN102407097A，公布日为2012年04月11日，发明名称为一种半纤维素重金属离子吸附剂的其制备方法，该方法是在超声波的作用下，用自由基引发接枝共聚半纤维素得到吸附剂。该产品原料丰富易得，但是对金属离子的吸附能力有限，并且吸附金属离子后，还需对半纤维素收集处理。
发明内容
针对上述存在不足，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法，为满足本发明目的的技术解决方案是：
一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法，所述纳米纤维膜为一种在PVA-co-PE纳米纤维膜表面有共价键键接金属离子吸附剂的PVA-co-PE共聚物的纳米纤维膜。
一种其有重金属吸附功能的纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：
A活性PVA-co-PE纳米纤维膜的制备
将PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在2～5mol/L的氢氧化钠中。
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为10～60min，
取出后，浸渍在质量分数为5～20％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中。
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为60～120min，
取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
B金属离子吸附剂胺基多酸在活性PVA-co-PE纳米纤维膜表面的固定
配制浓度为0.1～10mol/L氢氧化钠溶液，
取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L～10mol/L的胺基多酸的溶液。
将经A步骤得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在胺基多酸的溶液中并均匀搅动。
浸渍温度为20～70℃，
浸渍时间为0.5～3小时，
取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
所述的胺基多酸为亚氨基二乙酸或乙二胺四乙酸中的一种。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明利用PVA-co-PE纤维膜自身具有比表面积大，单位面积的官能团含量多的优点，采用三聚氯氰和1，4-二氧六环的混合溶液对PVA-co-PE纳米纤维膜进行活化处理，能有效提高纳米纤维表面官能团的活性。采用常压下25-50℃接枝胺基多酸，反应条件简单，并且接枝率高，安全无污染。得到的表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜能具有高效吸附重金属离子的特点，并且与水分离简单，不会造成二次污染。此外，该表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜吸附重金属后经稀盐酸和水洗涤后能重新吸附金属离子，并且吸附金属量几乎相同，能反复循环使用，节约成本。
具体实施方式
一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法，所述纳米纤维膜为一种PVA-co-PE纳米纤维膜表面有共价键键接胺基多元酸的聚烯烃共聚物的纳米纤维膜。
所述制备方法包括以下步骤：
一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜的制备：
A聚烯烃共聚物纳米纤维膜的制备
所述制备采用中国专利公开号为CN 101553607A的制备方法，即将PVA-co-PE、醋酸丁酸纤维素酯(CAB)按照质量比为1∶4混合均匀，干燥。经双螺杆挤出机熔融共混挤出，收集后，经60℃丙酮回流72小时萃取CAB，得到纤维直径≤200nm的纳米纤维。
将用丙酮萃取好的PVA-co-PE纳米纤维以质量分数为1％～5％分散到一定的溶剂中，制备成纳米纤维悬浮液。然后利用高压气流成型技术，将纳米纤维悬浮液成型于各种纤维织物上，得到PVA-co-PE纳米纤维膜。
B活性PVA-co-PE纳米纤维膜的制备
将PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在2～5mol/L的氢氧化钠中，
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为10～60min，
取出后，浸渍在质量分数为5～20％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中；
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为60～120min，
取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
C金属离子吸附剂胺基多酸在活性PVA-co-PE纳米纤维膜表面的固定
配制浓度为0.1～10mol/L氢氧化钠溶液，
取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L～10mol/L的胺基多酸的溶液，
将经B步骤得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在胺基多酸的溶液中并均匀搅动，
浸渍温度为20～70℃，
浸渍时间为0.5～3小时，
取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
所述的胺基多酸为亚氨基二乙酸或乙二胺四乙酸中的一种。
实施例1
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在2mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为25℃，浸渍时间为35min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为120min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为5mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例2
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在2mol/L的氢氧化钠溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为60min。取出后，浸渍在质量分数为5％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为120min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取30ml氢氧化钠溶液为溶剂，配制浓度为0.05mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为70℃，浸渍时间为3小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例3
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在3mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为40min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为90min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为10mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为5mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例4
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在5mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为15℃，浸渍时间为10min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为900min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为10mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为5mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为0.5小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例5
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在4mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为60min。取出后，浸渍在质量分数为20％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为15℃，浸渍时间为90min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为5mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为70℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例6
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在3mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为35min。取出后，浸渍在质量分数为20％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为60min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为10mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为10mol/L的亚氨基二乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在亚氨基二乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为70℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例7
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在4mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，，浸渍温度为50℃，浸渍时间为60min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为90min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为10mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为70℃，浸渍时间为3小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例8
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在3mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为35min。取出后，浸渍在质量分数为5％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为90min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例9
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在3.5mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，，浸渍温度为30℃，浸渍时间为40min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为120min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为10mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例10
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在3mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，，浸渍温度为30℃，浸渍时间为35min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为120min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为3小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例11
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在4mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，，浸渍温度为30℃，浸渍时间为60min。取出后，浸渍在质量分数为10％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为50℃，浸渍时间为90min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为5mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为10mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
实施例12
按上述方法，将制备好的PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在4mol/L的氢氧化钠中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为60min。取出后，浸渍在质量分数为5％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中并均匀搅动，浸渍温度为30℃，浸渍时间为120min，取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜。
配制浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液，取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L的乙二胺四乙酸的溶液，将经得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在乙二胺四乙酸的溶液中并均匀搅动，浸渍温度为40℃，浸渍时间为2小时。取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜。
Claims (2)
1.一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米纤维膜为一种在PVA-co-PE纳米纤维膜表面有共价键键接金属离子吸附剂的PVA-co-PE共聚物的纳米纤维膜。
2.一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：
A活性PVA-co-PE纳米纤维膜的制备
将PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在2～5mol/L的氢氧化钠中，
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为10～60min，
取出后，浸渍在质量分数为5～20％的三聚氯氰的1，4-二氧六环溶液中；
浸渍温度为15～50℃，
浸渍时间为60～120min，
取出清洗、干燥，得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜；
B金属离子吸附剂胺基多酸在活性PVA-co-PE纳米纤维膜表面的固定
配制浓度为0.1～10mol/L氢氧化钠溶液，
取氢氧化钠溶液30ml为溶剂，配制浓度为0.05mol/L～10mol/L的胺基多酸的溶液，
将经A步骤得到活性PVA-co-PE纳米纤维膜浸渍在胺基多酸的溶液中并均匀搅动，
浸渍温度为20～70℃，
浸渍时间为0.5～3小时，
取出后，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液和水分别清洗三次，即得到表面固定有重金属吸附剂的PVA-co-PE纳米纤维膜；
所述的胺基多酸为亚氨基二乙酸或乙二胺四乙酸中的一种。
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