CN107158962A - 一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，包括如下步骤：采用高比表面积的纳米纤维膜材料作为负载纳米金属颗粒的载体材料，依次浸泡于盐酸多巴胺水溶液、聚乙烯亚胺水溶液进行改性，再吸附柠檬酸钠稳定剂包裹的金属颗粒，采用等离子体进行处理，最后得到负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜。本发明的优点在于：本发明得到的纳米纤维多孔膜为柔性材料，易加工，极大地提高了多孔膜材料的活性，并且能够控制纳米金属颗粒的形态和尺寸，实现不同性能纳米金属颗粒的负载，在过滤、催化、抗菌及表面增强拉曼等领域具有潜在的应用。整个过程绿色无污染，易于产业化推广。

Description

一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法。
背景技术
纳米金属颗粒尤其是金银铂等贵金属纳米颗粒因其超小的尺寸和优异的给电子性能，已广泛应用于催化降解环境污染物、抗菌杀菌、物理及化学传感及基于表面增强拉曼的物质检测等领域，然而纳米金属颗粒本身存在产率低,易聚团,易被氧化等缺点影响其相关物理化学性能和重复性,限制了其在各个领域的应用。金属纳米颗粒要得到良好的应用，需要具有可控的尺寸和形状，均匀的尺寸分布、较大的比表面积和良好的颗粒稳定性。采用多孔材料对纳米金属颗粒进行负载可以显著增强其使用性能，研究载体的结构和负载工艺目前已经成为推动纳米金属材料应用的一个重要的方向。
专利CN 105013336A公开了一种纳米银/聚多巴胺复合膜的制备方法。该发明采用相转化法制备聚醚砜(PES)超滤基膜，再将膜浸泡在多巴胺溶液中，将聚多巴胺沉积于PES基膜表面，形成超薄活性层，并通过硝酸银后处理在膜表面原位引入纳米银，制备出纳米银/聚多巴胺复合膜，该膜具有较高的水通量和染料分离性能，且表现出了良好的抗菌特性。专利CN 104923082 A公开了一种亲水性抗菌超滤膜及其制备方法，该发明将多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，配制成多巴胺溶液，并涂覆在所述基础滤膜表面形成聚多巴胺涂覆层，在此基础上涂覆氨基饰聚乙二醇溶液形成氨基饰聚乙二醇层，通过氨基化学键连接抗菌性金属离子，再通过聚多巴胺原位还原成抗菌纳米粒子，获得亲水性抗菌超滤膜。以上两种方法中的纳米金属颗粒均通过原位还原获得，但这种一步法制得的纤维中，有较多的金属颗粒镶嵌在纤维内部，对于用于催化或抗菌而言，金属颗粒的利用率会降低，同时还存在对纳米颗粒的结构和尺寸难以控制不足。此外，采用的滤膜为相转化法制备的多孔膜，其孔隙率小、比表面积低，而且基膜制备过程需要大量的特殊溶剂和凝固浴溶液，存在有害溶剂污染的问题。
纳米纤维材料具有高比表面积、柔性易加工的特点，是一种负载纳米金属颗粒的优良载体材料。文献(Chemistry of Materials，2008,20,6627-6632)报道了在尼龙6静电纺纳米纤维表面通过氨基与羟基间的氢键作用固定被柠檬酸钠稳定的金、银、铂纳米颗粒的研究，该材料表现出优异的金属颗粒分散性能和抗菌性能。文献(ACS AppliedMaterial&Interfaces，2017,9,9304-9314)报道了在静电纺PCL-PDMAEMA复合纳米纤维膜表面通过静电作用和氢键吸附被柠檬酸钠稳定的银纳米颗粒的研究，该研究通过改变PCL和PDMAEMA的共混比例，调整纤维表面氨基的密度，进而改变银纳米颗粒的负载密度和抗菌性能。这两种方法中由于纳米纤维的聚合物分子结构特点，导致了纤维表面活性位点的密度和表面活性难以提升，进而限制了可吸附纳米金属颗粒的官能团的接枝密度的提高，难以实现对纳米金属颗粒的高容量负载。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法。采用高比表面积的纳米纤维膜材料作为负载纳米金属颗粒的载体材料，制备得到更利于控制金属颗粒结构和尺寸大小、且实现材料高活性和金属颗粒高性能的纳米纤维多孔膜。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个或两个表面上，制备得到纳米纤维多孔基膜；
(2)将上述步骤(1)得到的纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再浸渍于盐酸多巴胺水溶液中，并在密封氧气环境37℃下反应12h，取出用去离子水冲洗，得到聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜；
(3)将上述步骤(2)得到的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜；
(4)将上述步骤(3)得到的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于金属颗粒悬浮液中吸附，取出并用去离子水清洗，得到负载纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜；
(5)将上述步骤(4)得到的负载纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪处理，得到高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜。
具体的，步骤(1)所述的纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌形成，所述纳米纤维悬浮液的纳米纤维固含量为0.5wt％～5.0wt％。更具体的，所述的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维是采用熔融共混相分离的方法制备的，纳米纤维直径为50nm～300nm。
具体的，步骤(1)所述纳米纤维多孔基膜材料的孔径为50～300nm，纳米纤维悬浮液涂覆的涂层厚度为1～100μm，涂覆密度为3～20g/m2。
具体的，步骤(1)所述非织造布基材为聚烯烃熔喷非织造布、聚烯烃纺粘非织造布、聚烯烃纺粘熔喷复合非织造布、聚酯熔喷非织造布、聚酯纺粘非织造布、聚酯纺粘熔喷复合非织造布中的一种。
具体的，步骤(2)所述盐酸多巴胺水溶液的浓度为2～20g/L，pH为8.5。
具体的，步骤(4)所述金属颗粒悬浮液采用将柠檬酸钠作为还原剂的水热反应方法制备得到。
具体的，步骤(4)所述吸附的时间为1～60min。
具体的，步骤(5)所述等离子表面处理仪处理的条件为空气气氛下处理5～50s，处理电压50V，处理电流2A。
具体的，步骤(5)所述的金属颗粒为金、银、铂或其中任意两种金属组成的双金属或三种金属组成的三金属颗粒中的一种。
本发明的有益效果在于：
1.采用高比表面积的纳米纤维膜材料作为负载纳米金属颗粒的载体材料，能够显著提升暴露在表面的纳米金属颗粒的数量，为提高纳米金属颗粒的活性提供了有效的途径，且纳米纤维膜材料为易加工的柔性材料，提高了纳米金属颗粒材料的使用性能。
2.将具有优异粘附性能的聚多巴胺和纳米纤维结合，极大地提高了多孔膜材料的活性，增加了具有纳米金属颗粒吸附性能的带氨基、巯基等活性官能团的接枝密度。
3.将具有纳米金属颗粒吸附性能的纳米纤维多孔膜的制备过程与纳米金属颗粒的制备过程独立开，可以更好地控制纳米金属颗粒的形态和尺寸，实现对不同性能的纳米金属颗粒的负载，更易于实现对负载金属颗粒的多孔膜的宏量制备。
4.采用柠檬酸钠稳定纳米金属颗粒，在完成纳米纤维多孔膜的负载之后，采用等离子体处理去除暴露于纳米金属颗粒表面的柠檬酸钠，既实现了负载，又完成了对纳米金属颗粒表面的高度活化，在过滤、催化、抗菌及表面拉曼增强等领域具有潜在的应用。
5.本发明的纳米纤维采用熔融纺丝法制备，悬浮液采用水或乙醇等绿色溶剂制备，纳米金属颗粒也采用常规水热反应制备，此外对所负载的金属颗粒的表面清洁采用等离子体表面处理的方法，整个过程绿色无污染，易于产业化推广。
附图说明
图1是纳米纤维多孔基膜的扫描电镜图。
图2聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜的扫描电镜图。
图3聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜的扫描电镜图。
图4负载纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的扫描电镜图。
图5负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的抗菌性能测试方法采用菌数测定法(AATCC 100-1988)，试验菌种使用金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)(革兰氏阴性菌)和大肠杆菌(8099)(革兰氏阳性菌)。
本发明的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的催化性能测试方法采用英文文献(Applied Catalysis B-Environmental,2016,196:223-231)中所述的方法，试验污染物使用对硝基苯酚。
实施例1
本实施例公开了一种负载高活性纳米银颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为10μm，涂覆密度为5g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为0.5wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜，其中盐酸多巴胺水溶液用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中配制，浓度2g/L，pH 8.5。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米银颗粒悬浮液中吸附10min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米银颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米银颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理10s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米银颗粒的负载率为50％的负载高活性纳米银颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例1
按照实施例1的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡没有用于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米银颗粒悬浮液中吸附10min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到负载纳米银颗粒的纳米纤维多孔膜。
实施例1制备的负载高活性纳米银颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表1及2所示。
表1实施例1与对比例1多孔膜的结构参数
实施例1 对比例1
平均孔径 60nm 100nm
接触角 30° 45°
表2实施例1与对比例1多孔膜的过滤性能、抗菌性能与催化性能
结合表1及2可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米银颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米银颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。另一方面，等离子体处理后的纳米银颗粒有更多表面暴露在外，提高了材料活性，进而增加了材料与微生物及污染物的接触几率，提高了材料的抗菌性能和催化性能。因此，本实施例的负载高活性纳米银颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能、抗菌性能和催化性能。
实施例2
本实施例公开了一种负载高活性纳米金颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为20μm，涂覆密度为8g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为2wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜，其中盐酸多巴胺水溶液用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中配制，浓度2g/L，pH 8.5。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金颗粒悬浮液中吸附60min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米金颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米金颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理50s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米金颗粒的负载率为100％的负载高活性纳米金颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例2
按照实施例2的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金颗粒悬浮液中吸附60min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到负载纳米金颗粒的纳米纤维多孔膜。再将其置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理50s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到相应的负载纳米金颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
实施例2制备的负载高活性纳米金颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表3及4所示。
表3实施例2与对比例2多孔膜的结构参数
实施例2 对比例2
平均孔径 50nm 80nm
接触角 35° 50°
表4实施例2与对比例2多孔膜的过滤性能与催化性能
结合表3及4可知，纳米纤维多孔基膜为纳米金颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米金颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量；同时增加了与污染物的接触的纳米金颗粒的数量，提高了材料的抗菌性能和催化性能。因此，本实施例的负载高活性纳米金颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能和催化性能。
实施例3
本实施例公开了一种负载高活性纳米铂颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为50μm，涂覆密度为12g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为5wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜，其中其中盐酸多巴胺水溶液用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中配制，浓度3g/L，pH 8.5。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米铂颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米铂颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米铂颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理50s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米铂颗粒的负载率为80％的负载高活性纳米铂颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例3
按照实施例3的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米铂颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到相应的负载纳米铂颗粒的纳米纤维多孔膜。
实施例3制备的负载高活性纳米铂颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表5及6所示。
表5实施例3与对比例3多孔膜的结构参数
实施例3 对比例3
平均孔径 50nm 90nm
接触角 30° 50°
表6实施例3与对比例3多孔膜的过滤性能与催化性能
结合表5及6可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米铂颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米铂颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。另一方面，等离子体处理后的纳米铂颗粒有更多表面暴露在外，提高了材料活性，进而增加了材料与污染物的接触几率，提高了材料的抗菌性能和催化性能。因此，本实施例的负载高活性纳米铂颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能和催化性能。
实施例4
本实施例公开了一种负载高活性纳米金银复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为10μm，涂覆密度为5g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为1wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液(用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中，浓度2g/L，pH8.5)，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金银颗粒悬浮液中吸附60min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米金银复合颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米金银复合颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理50s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米金银复合颗粒的负载率为100％的负载高活性纳米金银复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例4
按照实施例4的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金银复合颗粒悬浮液中吸附60min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到相应的负载纳米金银复合颗粒的纳米纤维多孔膜。
实施例4制备的负载高活性纳米金银复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表7及8所示。
表7实施例4与对比例4多孔膜的结构参数
实施例4 对比例4
平均孔径 65nm 90nm
接触角 25° 40°
表8实施例4与对比例4多孔膜的过滤性能、抗菌性能与催化性能
结合表7及8可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米金银复合颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米金银复合颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。另一方面，等离子体处理后的纳米金银复合颗粒有更多表面暴露在外，提高了材料活性，进而增加了材料与微生物及污染物的接触几率，提高了材料的抗菌性能和催化性能。因此，本实施例的负载高活性纳米金银复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能、抗菌性能和催化性能。
实施例5
本实施例公开了一种负载高活性纳米金银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为20μm，涂覆密度为7g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为3wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液(用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中，浓度2g/L，pH8.5)，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金银铂颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米金银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米金银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理10s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米金银铂复合颗粒的负载率为60％的负载高活性纳米金银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例5
按照实施例5的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金银铂复合颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到负载纳米金银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。再将其置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理50s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到相应的负载纳米金银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
实施例5制备的负载高活性纳米金银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表9及10所示。
表9实施例5与对比例5多孔膜的结构参数
实施例5 对比例5
平均孔径 50nm 70nm
接触角 30° 45°
表10实施例5与对比例5多孔膜的过滤性能、抗菌性能与催化性能
结合表9及10可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米金银铂复合颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米金银铂复合颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。因此，本实施例的负载高活性纳米金银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能、抗菌性能和催化性能。
实施例6
本实施例公开了一种负载高活性纳米银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为1μm，涂覆密度为3g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为3wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液(用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中，浓度12g/L，pH 8.5)，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米银铂颗粒悬浮液中吸附1min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理10s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米银铂复合颗粒的负载率为60％的负载高活性纳米银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例6
按照实施例6的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米银铂复合颗粒悬浮液中吸附1min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到负载纳米银铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。再将其置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理10s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到相应的负载纳米银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
实施例6制备的负载高活性纳米银铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表11及12所示。
表11实施例6与对比例6多孔膜的结构参数
实施例5 对比例5
平均孔径 100nm 130nm
接触角 35° 50°
表12实施例6与对比例6多孔膜的过滤性能、抗菌性能与催化性能
结合表11及12可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米银铂颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米银铂颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。另一方面，等离子体处理后的纳米银铂颗粒有更多表面暴露在外，提高了材料活性，进而增加了材料与污染物的接触几率，提高了材料的抗菌性能和催化性能。因此，本实施例的负载高活性纳米银铂颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能和催化性能。
实施例7
本实施例公开了一种负载高活性纳米金铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)采用喷涂的方法将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个表面上，涂覆厚度为100μm，涂覆密度为20g/m2，常温真空干燥，制备得到图1所示的由非织造布基材和附在其表面的纳米纤维涂层组成的纳米纤维多孔基膜，其中纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌而成，纳米纤维固含量为3wt％。
(2)将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再将其放入配置好的盐酸多巴胺水溶液(用盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷(Tris-HCl)缓冲溶液中，浓度20g/L，pH 8.5)，在密封氧气环境37℃下反应12h。取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图2所示的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜。
(3)将聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到图3所示的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜。
(4)将聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金铂颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到图4所示的负载纳米金铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。
(5)将负载纳米金铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理5s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到图5所示的纳米金铂复合颗粒的负载率为60％的负载高活性纳米金铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
对比例7
按照实施例7的方法制备纳米纤维多孔基膜，然后将纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，常温干燥即可得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜，再将其置于pH＝5.0柠檬酸钠作为稳定剂的纳米金铂复合颗粒悬浮液中吸附30min，待悬浮液变成无色，取出并用去离子水清洗，常温真空干燥即可得到负载纳米金铂复合颗粒的纳米纤维多孔膜。再将其置于等离子表面处理仪中，在空气气氛下处理5s，处理电压50V，处理电流2A，取出即可得到相应的负载纳米金铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜。
实施例7制备的负载高活性纳米金铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜的结构性能指标如表13及14所示。
表13实施例7与对比例7多孔膜的结构参数
实施例7 对比例7
平均孔径 300nm 330nm
接触角 30° 45°
表14实施例7与对比例7多孔膜的过滤性能、抗菌性能与催化性能
结合表13及14可知，一方面纳米纤维多孔基膜为纳米金铂复合颗粒提供了更多的吸附表面，聚多巴胺能够提供更多的活性位点，显著增大了纳米金铂复合颗粒的负载量，膜的孔径更小，提高了膜材料的截留率，高的比表面积同时也保证了较高的水通量。因此，本实施例的负载高活性纳米金铂复合颗粒的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维多孔膜具有优异的过滤性能、抗菌性能和催化性能。

Claims (10)

1.一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纳米纤维悬浮液涂覆在非织造布基材的一个或两个表面上，制备得到纳米纤维多孔基膜；
(2)将上述步骤(1)得到的纳米纤维多孔基膜浸泡于乙醇去除表面杂质，再浸渍于盐酸多巴胺水溶液中，并在密封氧气环境37℃下反应12h，取出用去离子水冲洗，得到聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜；
(3)将上述步骤(2)得到的聚多巴胺改性纳米纤维多孔膜材料置于浓度为2g/L的聚乙烯亚胺水溶液中，45℃下反应2h，取出并用去离子水清洗，得到聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜；
(4)将上述步骤(3)得到的聚乙烯亚胺改性的纳米纤维多孔膜置于金属颗粒悬浮液中吸附，取出并用去离子水清洗，得到负载纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜；
(5)将上述步骤(4)得到的负载纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜置于等离子表面处理仪处理，得到高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜。
2.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的纳米纤维悬浮液由乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维分散于乙醇与去离子水的质量比为1:1的混合溶剂中搅拌形成，所述纳米纤维悬浮液的纳米纤维固含量为0.5wt％～5.0wt％。
3.权利要求2所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，所述的乙烯乙烯醇共聚物纳米纤维是采用熔融共混相分离的方法制备的，纳米纤维直径为50nm～300nm。
4.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纳米纤维悬浮液涂覆的涂层厚度为1～100μm，涂覆密度为3～20g/m2。
5.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述非织造布基材为聚烯烃熔喷非织造布、聚烯烃纺粘非织造布、聚烯烃纺粘熔喷复合非织造布、聚酯熔喷非织造布、聚酯纺粘非织造布、聚酯纺粘熔喷复合非织造布中的一种。
6.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述盐酸多巴胺水溶液的浓度为2～20g/L，pH为8.5。
7.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述金属颗粒悬浮液采用将柠檬酸钠作为还原剂的水热反应方法制备得到。
8.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述吸附的时间为1～60min。
9.权利要求1所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述等离子表面处理仪处理的条件为空气气氛下处理5～50s，处理电压50V，处理电流2A。
10.权利要求1-9所述的一种负载高活性纳米金属颗粒的纳米纤维多孔膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述的金属颗粒为金、银、铂或其中任意两种金属组成的双金属或三种金属组成的三金属颗粒中的一种。
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