CN108579463A - 一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法，包括：利用静电纺丝技术将聚合物原料制成纳米纤维膜；将纳米纤维膜清洗后，在其表面进行原位聚合，以掺入离子对；将纳米纤维膜进行清洗和晾干，制得复合纳米纤维离子交换膜；本发明利用静电纺丝技术及原位聚合技术制备纳米纤维离子交换膜，可制备阴离子交换膜及阳离子交换膜，所制得的离子交换膜具有无毒、比表面积高、水解离效率高、膜阻抗小等优点。

Description

一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法
技术领域
本发明涉及离子交换膜领域，具体涉及一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法。
背景技术
离子交换膜主要由超细纤维制备而成，其在水处理、能源、化工等许多领域有着广泛的应用。而静电纺丝技术是制备超细纤维的方法之一，它是将聚合物溶液或熔体带上高压静电后，在电场力的作用下，将聚合物拉伸成1000nm以下的连续纤维，通过特殊装置接收后，制成纳米纤维无纺膜。静电纺丝技术作为目前所知最有望实现工业化生产连续纳米纤维的有效方法之一，已有上百种材料通过该技术被制成了纳米纤维。
聚吡咯属于导电聚合物，它既有聚合物的特性，同时具有离子交换的特性以及导电的特性，具有制备简便、导电性好、质量轻、耐腐蚀等特点，而且单体无毒、电导率高、机械性能好等优点，广泛用于电催化、电磁屏蔽、光电器件、水处理、药物释放、电化学传感器等领域。但是现有聚吡咯类离子交换膜存在制备过程复杂，成本高等问题，限制了其市场应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明旨在提供一种以静电纺纳米纤维膜为基础的，原位聚合聚吡咯的复合纳米纤维离子交换膜的制备方法，可制得阴离子交换功能和阳离子交换功能的离子交换膜。
本发明提供了一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法，包括下述步骤：
1)利用静电纺丝技术将聚合物原料制成纳米纤维膜；
2)将纳米纤维膜活化后，在其表面进行原位聚合聚吡咯，并根据需要掺入离子对试剂；
3)将经步骤2)处理的纳米纤维膜进行清洗和晾干，制得复合纳米纤维离子交换膜。
优选的是，步骤1)中所述聚合物原料选自尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚对二甲酸乙二酯中的一种或多种；所述纳米纤维膜的纤维直径为100-800nm。
优选的是，步骤2)中所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理；随后加入电解质溶液进行超声处理。
优选的是，制备复合纳米纤维阴离子交换膜时，所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理10min以上；随后加入三氯化铁溶液进行超声处理30min以上。
优选的是，制备复合纳米纤维阳离子交换膜时，所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理10min以上；随后先加入离子对试剂进行超声处理10min以上，再加入三氯化铁溶液进行超声处理30min以上。
优选的是，所述吡咯溶液的浓度为0.05-0.8mol/L，所述三氯化铁溶液的浓度为0.4-5mol/L。
优选的是，所述离子对试剂为有机磺酸盐，包括十二烷基磺酸钠、庚烷磺酸钠。
优选的是，步骤3)中所述清洗为先用乙醇或甲醇清洗，再用去离子水清洗
本发明的有益效果是：本发明利用静电纺丝技术及原位聚合技术制备纳米纤维离子交换膜，可制备阴离子交换膜及阳离子交换膜，所制得的离子交换膜具有无毒、比表面积高、水解离效率高、膜阻抗小等优点。
附图说明
图1尼龙纳米纤维膜扫描电镜图；
图2尼龙复合纳米纤维阴离子交换膜扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
以下通过具体实施例进一步说明本发明。但实施例的具体细节仅用于解释本发明，不应理解为对本发明总的技术方案的限定。
本发明所提供的制备纳米纤维离子交换膜的方法主要分三步：
第一步：将聚合物原料利用静电纺丝技术制成直径为100～800nm的纳米纤维无纺膜；第二步：在纳米纤维膜表面进行原位聚合，同时掺入离子对，第三步：将处理好的纳米纤维膜清洗、晾干。
在一实施例中，第一步中的聚合物原料为尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等，所制得的纳米纤维无纺膜无机械损伤、孔或洞；第二步中原位聚合的方法为：先将纳米纤维膜用乙醇或甲醇清洗，然后用去离子水清洗，浸泡在浓度为0.05～0.8mol/L的吡咯溶液中，超声处理10min以上后，加入0.4～5mol/L的三氯化铁水溶液，超声处理30min以上，制得阴离子交换功能的纳米纤维膜；第三步使用乙醇或甲醇进行清洗3次，然后用去离子水清洗至洗液无色，自然晾干至恒重，避光保存。
在另一实施例中，第二步中在纳米纤维膜浸泡于吡咯溶液并超声处理10min以上后，先加入离子对溶液并超声处理10min以上后，再加入三氯化铁水溶液，超声处理30min以上，制得阳离子交换功能的纳米纤维膜；其中，离子对为有机磺酸盐，包括但不局限于十二烷基磺酸钠、庚烷磺酸钠等。
以制备尼龙复合纳米纤维阴离子交换膜为例，制备方法如下：
1)利用静电纺丝技术将尼龙原料制成纳米纤维膜，扫描电镜如图1所示，可以清晰地看到该无纺膜由光滑的纳米纤维组成，纤维直径在100-800nm，并且无机械损伤、孔或洞；
2)将尼龙纳米纤维膜先后经甲醇和去离子水清洗后，在其表面进行原位聚合：将尼龙纳米纤维膜浸泡在浓度为0.4mol/L的吡咯溶液中，超声处理15min后，加入0.5mol/L的三氯化铁水溶液，超声处理35min；
3)将经步骤2)处理的尼龙纳米纤维膜用甲醇清洗三遍，并用去离子水洗至无色，晾干，制得复合纳米纤维阴离子交换膜，扫描电镜如图2所示，与图1相比较，能清晰的看出纳米纤维不再光滑，其上聚合了凸起或者毛刺，即为所复合的吡咯聚合物。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的实施例。

Claims (8)

1.一种复合纳米纤维离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)利用静电纺丝技术将聚合物原料制成纳米纤维膜；
2)将纳米纤维膜活化后，在其表面进行原位聚合聚吡咯，并根据需要掺入离子对试剂；
3)将经步骤2)处理的纳米纤维膜进行清洗和晾干，制得复合纳米纤维离子交换膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述聚合物原料选自尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚对二甲酸乙二酯中的一种或多种；所述纳米纤维膜的纤维直径为100-800nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理；随后加入电解质溶液进行超声处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备复合纳米纤维阴离子交换膜时，所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理10min以上；随后加入三氯化铁溶液进行超声处理30min以上。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备复合纳米纤维阳离子交换膜时，所述原位聚合的方法为：将纳米纤维膜浸泡在吡咯溶液中进行超声处理10min以上；随后先加入离子对试剂进行超声处理10min以上，再加入三氯化铁溶液进行超声处理30min以上。
6.根据权利要求4-5中任意一项权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯溶液的浓度为0.05-0.8mol/L，所述三氯化铁溶液的浓度为0.4-5mol/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述离子对试剂为有机磺酸盐，包括十二烷基磺酸钠、庚烷磺酸钠。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述清洗为先用乙醇或甲醇清洗，再用去离子水清洗。
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