CN114106403B - 芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气凝胶技术领域，具体的涉及一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法。所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40‑60份、二硫化钨0.1‑1份；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1‑10mg/ml。本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以芳纶纳米纤维作为基体加载二硫化钨纳米片，气凝胶具有三维立体多孔网状结构，密度低，比表面积大，孔隙度高，保留了芳纶纳米纤维良好的热稳定性、压缩性能，同时，二硫化钨纳米片表面产生的静电引力以及硫与重金属离子之间的软软相互作用增强了气凝胶对重金属离子的吸附能力，为吸附法去除重金属离子提供了一种新的吸附材料。

Description

芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于气凝胶技术领域，具体的涉及一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法。
背景技术
芳纶，美国杜邦公司20世纪60年代研制的一种纤维材料，由于其结构中酰胺键与苯环存在π–π共轭结构，以及分子链间的氢键和范德华力，因而具有高强度、高模量和良好的热稳定性和化学稳定性。而芳纶纳米纤维则兼具纳米物质和芳纶纤维的双重优势，即拥有比表面积大，小尺寸效应等纳米物质的特殊性能，也继承了芳纶纤维的优良力学性能和热稳定性。目前，芳纶纳米纤维已成为一种新型的构建块，用于复合材料的增强改性，提升材料的性能，但在吸附材料方面的应用较少。
在水体重金属离子污染治理方面，由于硫给体原子和硫基团可作为电子给体与重金属离子实现强软-软相互作用，因此，硫化物基团功能化纳米颗粒、纳米片及其杂化纳米材料被认为是一类对金属离子具有强大亲和力的有前途的吸附剂。目前，WS2作为一种典型的过渡金属硫化物，广泛应用于光催化、润滑剂、光电检测器等领域，而二维二硫化钨较大的比表面积和丰富的硫原子能提供更多的活性位点，有望对重金属离子具有出色的吸附能力。
简言之，目前尚未有相关研究将芳纶纳米纤维与二硫化钨的优势相结合，制备吸附材料，用于气凝胶的制备。
发明内容
本发明的目的是：提供一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。所述的气凝胶具有较好的化学稳定性、热稳定性和吸附性能；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40-60份、二硫化钨0.1-1份；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml。
其中：
优选的，本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50份、二硫化钨0.5份。
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
所述的芳纶纳米纤维分散液的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗短切芳纶纤维，然后于40-100℃干燥1-2h；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入反应容器中，密封，于300-800r/min的转速下磁力搅拌6-8天，制备得到芳纶纳米纤维分散液。
其中：
步骤(1)中所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm。
步骤(1)中所述的采用乙醇清洗短切芳纶纤维3-4次，去除表面杂质。
步骤(2)中所述的二甲基亚砜与超纯水的体积比为25-30:1，优选25:1。
步骤(2)中所述的氢氧化钾与二甲基亚砜和超纯水混合溶液的质量体积比为1-1.5:200。
步骤(2)中制备得到的芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml，优选5mg/ml。
本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按重量份数称取二硫化钨和芳纶纳米纤维分散液，将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液中得到混合体系；
(2)对步骤(1)得到的混合体系进行超声处理；
(3)对超声后所得混合体系进行离心，离心后取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(4)将步骤(3)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入超纯水中浸泡，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(5)将步骤(4)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶置于超纯水中，置换除去芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶中剩余的氢氧化钾/二甲基亚砜混合溶液；
(6)将步骤(5)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶置于叔丁醇溶液中，置换除去芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶中的超纯水；
(7)将步骤(6)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶冷冻干燥即可得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
其中：
步骤(2)中所述的采用超声波清洗机进行超声处理，超声时间为8-12h，超声温度为35-40℃，超声频率40KHz，超声功率700W。
步骤(3)中所述的采用台式高速离心机进行离心，转速设置为3000-4000r/min，离心时间为10-20min。
步骤(4)中所述的超纯水与芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液的体积比为6-7:1，浸泡时间为1-2h。
步骤(5)中所述的超纯水与芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶的体积比为8-10:1，置换次数为8-10次，每次置换时间为2-3h。
步骤(6)中所述的叔丁醇溶液与芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶的体积比为3-5:1，置换次数为3-5次，每次置换时间为1-2h，叔丁醇溶液体积分数为40-60％。
步骤(7)中所述的采用冷冻干燥机进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-40～-80℃，冷冻干燥时间为24～48h。
本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的应用，将芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶投放至含铅离子的废水溶液中，控制废水温度为25℃，对废水进行吸附处理。
其中：芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶与废水的质量体积比为1:10，单位为mg/ml，废水溶液中铅离子的浓度为100微克/毫升。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以芳纶纳米纤维作为基体加载二硫化钨纳米片，气凝胶具有三维立体多孔网状结构，密度低，比表面积大，孔隙度高，保留了芳纶纳米纤维良好的热稳定性、压缩性能，同时，二硫化钨纳米片表面产生的静电引力以及硫与重金属离子之间的软软相互作用增强了气凝胶对重金属离子的吸附能力，为吸附法去除水体重金属离子提供了一种新的吸附材料，在环境修复、水污染治理方面具有良好应用前景。
(2)本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，借助芳纶纳米纤维分散液中的二甲基亚砜有机溶剂，采用超声辅助液相剥离的方法，使溶剂分子强烈运动破坏WS2片层间的范德华力，同时，芳纶纳米纤维的含氧羰基通过调整WS2在分散液中的表面张力增强剥离效果，产生的二硫化钨纳米片稳定的分散在芳纶纳米纤维分散液中，芳纶纳米纤维/二硫化钨复合效果良好。
附图说明
图1是实施例2制备得到的2μm条件下芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶扫描电镜照片；
图2是实施例2制备得到的0.2μm条件下芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶透射电镜照片；
图3是芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶制备工艺流程图；
图4是实施例2制备的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶循环性能测试柱状图；
图5是实施例2芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶压缩性能测试图；
图6是实施例2制备的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶热重曲线；
图7是实施例2所得芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶分别加入1(1M盐酸)、2(丙酮)、3(甲苯)、4(乙醇)、5(乙酸)、6(四氢呋喃)、7(二甲基亚砜)、8(异丙醇)、9(叔丁醇)、10(氯仿)、11(甲醇)溶液中静置60天后的照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50ml、二硫化钨0.5g；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1mg/ml。
其中：
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
本实施例1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗三遍短切芳纶纤维，去除表面杂质，放入60℃烘箱干燥1h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以600r/min转速磁力搅拌7天，得到0.1mg/ml的芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1:200；
(3)按重量份数称取原料：50ml芳纶纳米纤维分散液、0.5g二硫化钨将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液得到混合体系A；
(4)将混合体系A置于超声波清洗机中超声8h得到混合体系B，超声温度为35℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
(5)将混合体系B在3500r/min条件下离心15min，取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(6)将芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入350ml超纯水中浸泡1.5h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(7)将芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入500ml超纯水中，静置3h，过滤，重复置换9次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(8)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入180ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置1.5h，过滤，重复置换4次；
(9)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶在-40℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
实施例2
本实施例2所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50ml、二硫化钨0.5g；芳纶纳米纤维分散液的浓度5mg/ml。
其中：
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
本实施例2所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗三遍短切芳纶纤维，去除表面杂质，放入60℃烘箱干燥干燥1h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以600r/min转速磁力搅拌7天，得到5mg/ml芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1:200；
(3)按重量份数称取原料：50ml芳纶纳米纤维分散液、0.5g二硫化钨，将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液得到混合体系A；
(4)将混合体系A置于超声波清洗机中超声8h得到混合体系B，超声温度为40℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
(5)将混合体系B在3000r/min条件下离心10min，取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(6)将芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入300ml超纯水中浸泡2h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(7)将芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入400ml超纯水中，静置3h，过滤，置换8次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(8)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入200ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置1h，过滤，重复置换三次；
(9)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶在-40℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
实施例3
本实施例3所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50ml、二硫化钨0.5g；芳纶纳米纤维分散液的浓度10mg/ml。
其中：
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
本实施例3所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗4遍芳纶线，去除表面杂质，放入60℃烘箱干燥1h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以600r/min转速磁力搅拌7天，得到10mg/ml的芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1:200；
(3)按重量份数称取原料：50ml芳纶纳米纤维分散液、0.5g二硫化钨将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液得到混合体系A；
(4)将混合体系A置于超声波清洗机中超声12h得到混合体系B，超声温度为35℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
(5)将混合体系B在3000r/min条件下离心10min，取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(6)将芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入350ml超纯水中浸泡2h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(7)将芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入450ml超纯水中，静置3h，过滤，置换9次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(8)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入250ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置2h，过滤，重复置换4次；
(9)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶在-40℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
实施例4
本实施例4所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40ml、二硫化钨0.1g；芳纶纳米纤维分散液的浓度5mg/ml。
其中：
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
本实施例4所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗三遍短切芳纶纤维，去除表面杂质，放入40℃烘箱干燥2h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以600r/min转速磁力搅拌7天，得到5mg/ml芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为30:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1.5:200；
(3)按重量份数称取原料：40ml芳纶纳米纤维分散液、0.1g二硫化钨，将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液得到混合体系A；
(4)将混合体系A置于超声波清洗机中超声8h得到混合体系B，超声温度为40℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
(5)将混合体系B在3500r/min条件下离心10min，取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(6)将芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入280ml超纯水中浸泡2h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(7)将芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入400ml超纯水中，静置3h，过滤，置换8次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(8)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入200ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置1h，过滤，重复置换三次；
(9)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶在-40℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
实施例5
本实施例5所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液60ml、二硫化钨1g；芳纶纳米纤维分散液的浓度5mg/ml。
其中：
所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。
本实施例5所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗三遍短切芳纶纤维，去除表面杂质，放入60℃烘箱干燥干燥1h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以800r/min转速磁力搅拌8天，得到5mg/ml芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1:200；
(3)按重量份数称取原料：60ml芳纶纳米纤维分散液、1.0g二硫化钨，将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液得到混合体系A；
(4)将混合体系A置于超声波清洗机中超声8h得到混合体系B，超声温度为40℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
(5)将混合体系B在4000r/min条件下离心15min，取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(6)将芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入400ml超纯水中浸泡2h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(7)将芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入500ml超纯水中，静置3h，过滤，置换9次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(8)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入200ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置1h，过滤，重复置换三次；
(9)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶在-60℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
对比例1
本对比例1所述的芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗三遍短切芳纶纤维，去除表面杂质，放入60℃烘箱干燥1h，其中：所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入试剂瓶，密封。在室温下以600r/min转速磁力搅拌7天，得到5mg/ml的芳纶纳米纤维分散液，其中，二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1，氢氧化钾与二甲基亚砜、超纯水混合溶液的质量体积比为1:200；
(3)按重量份数称取原料：50ml芳纶纳米纤维分散液；
(4)将50ml芳纶纳米纤维分散液滴入300ml超纯水中浸泡2h，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维水凝胶；
(5)将芳纶纳米纤维水凝胶加入400ml超纯水中，静置3h，过滤，置换8次得到水洗后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(6)将水置换后的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶加入200ml体积分数为50％的叔丁醇溶液中，静置1h，过滤，重复置换三次；
(7)将叔丁醇溶液置换后的芳纶纳米纤维水凝胶在-40℃条件下，冷冻干燥24h得到芳纶纳米纤维气凝胶。
对实施例1-3制备得到的气凝胶进行表征，结果如表1所示，其中WS2纳米片吸光度采用双光束紫外可见分光光度计测试，芳纶纳米纤维具有较好的二硫化钨剥离效果，并且在二硫化钨添加量相同的条件下，在一定范围内增大芳纶纳米纤维分散液浓度可提高二硫化钨的剥离效果。
比表面积、孔体积和孔径利用高性能比表面积及微孔分析仪进行测试，结果如表2所示，与纯的芳纶纳米纤维气凝胶相比，复合二硫化钨后气凝胶的比表面积、孔体积和孔径上都略有降低，这主要是因为二硫化钨纳米片分布于芳纶纳米纤维气凝胶的三维网架结构中，气凝胶整体孔隙结构相对减少而质量增加。
吸附量是将1mg气凝胶与10ml 100μg/ml Pb(NO3)2在25℃、150r/min条件下于振荡水浴槽反应24h后采用原子吸收分光光度计测试，结果如表3所示，与芳纶纳米纤维气凝胶相比，引入二硫化钨纳米片的复合凝胶对铅离子展现出良好的吸附效果。
对实施例2制备的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶进行微观表征，2μm条件下芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶扫描电镜照片如附图1所示，从电镜图可以看出，芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶具有三维立体网状结构，孔隙度高，比表面积丰富，有利于重金属离子与气凝胶充分接触。0.2μm条件下芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶透射电镜照片如附图2所示，从电镜图可以看出，芳纶纳米纤维和二硫化钨纳米片结合充分，二硫化钨纳米片均匀地分布在芳纶纳米纤维之中，为气凝胶提供丰富的吸附位点。
对实施例2制备的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶进行循环性能测试，将1mg气凝胶与10ml100μg/ml Pb(NO3)2在25℃、150r/min条件下于振荡水浴槽反应24h后收集反应后溶液，将吸附后的气凝胶用0.1mol/L硝酸解吸，水洗至中性后进行第二次吸附，循环5次后，将五次吸附后的重金属离子溶液采用原子吸收分光光度计测试，结果如图4所示，经过5次循环后，复合气凝胶材料的吸附性能基本保持不变，具备优异的可重复使用性能。
对实施例2制备的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶采用万能力学试验机进行压缩性能测试，测试结果如图5所示，芳纶纳米纤维和二硫化钨纳米片之间的相互作用使气凝胶在49kpa的应力下保持了其结构完整性，压缩应变为83％，表明芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶具备良好的抗压缩性能。
图6为实施例2得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶得热重曲线，芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶初始分解温度500℃，具有优良的热稳定性。
图7为实施例2所得气凝胶分别加入1(1M盐酸)、2(丙酮)、3(甲苯)、4(乙醇)、5(乙酸)、6(四氢呋喃)、7(二甲基亚砜)、8(异丙醇)、9(叔丁醇)、10(氯仿)、11(甲醇)溶液中静置60天后照片，复合气凝胶在酸性环境和有机溶剂中均保持良好的形貌，展现出优异的化学稳定性。
表1WS2纳米片吸光度测试结果
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
吸光度(a.u.) 0.3864 3.1416 1.7472 0
表2比表面积、孔体积和孔径测试结果
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
比表面积(m2/g) 96.52 83.00 89.83 98.41
孔体积(cm3/g) 0.25 0.20 0.23 0.26
孔径(nm) 10.46 9.77 10.13 10.58
表3吸附量测试结果
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
吸附量(mg/g) 35.87 303.12 162.21 11.45
实施例1所用芳纶纳米纤维分散液浓度较低，因而剥离得到的二硫化钨纳米片含量较少，这一点从表1WS2纳米片吸光度测试结果也可看出，而WS2纳米片是复合气凝胶的主要功能性成分，所以实施例1的吸附量较少。
从表2可以看出，在引入二硫化钨纳米片后，复合气凝胶与未添加二硫化钨纳米片的芳纶纳米纤维气凝胶相比，其比表面积，孔体积，孔径均虽略有下降，但从表三可以看出，得益于二硫化钨纳米片中丰富的硫原子，其吸附性能得到显著提升。
虽然实施例2和实施例3制备的气凝胶的比表面积、孔体积和孔径均有下降，但并不影响气凝胶与重金属离子的充分接触，在此条件下，复合气凝胶已能够与重金金属离子充分接触，进行吸附作用。

Claims (8)

1.一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，其特征在于：以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40-60份、二硫化钨0.1-1份；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml；
其中：
所述的芳纶纳米纤维分散液的制备方法，由以下步骤组成：
(1)用乙醇清洗短切芳纶纤维，然后于40-100℃干燥1-2h；
(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入反应容器中，密封，于300-800r/min的转速下磁力搅拌6-8天，制备得到芳纶纳米纤维分散液；
步骤(2)中二甲基亚砜与超纯水的体积比为25-30:1；
步骤(2)中氢氧化钾与二甲基亚砜和超纯水混合溶液的质量体积比为1-1.5:200；
步骤(2)中制备得到的芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml。
2.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，其特征在于：以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50份、二硫化钨0.5份。
3.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，其特征在于：步骤(1)中短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm；
步骤(1)中采用乙醇清洗短切芳纶纤维3-4次，去除表面杂质。
4.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，其特征在于：步骤(2)中二甲基亚砜与超纯水的体积比为25:1；
步骤(2)中制备得到的芳纶纳米纤维分散液的浓度为5mg/ml。
5.一种权利要求1所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)按重量份数称取二硫化钨和芳纶纳米纤维分散液，将二硫化钨加入芳纶纳米纤维分散液中得到混合体系；
(2)对步骤(1)得到的混合体系进行超声处理；
(3)对超声后所得混合体系进行离心，离心后取上清液，得到芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液；
(4)将步骤(3)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液滴入超纯水中浸泡，分散液质子化凝固成型，固液分离得到芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶；
(5)将步骤(4)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶置于超纯水中，置换除去芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶中剩余的氢氧化钾/二甲基亚砜混合溶液；
(6)将步骤(5)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶置于叔丁醇溶液中，置换除去芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶中的超纯水；
(7)将步骤(6)得到的芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶冷冻干燥即可得到芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。
6.根据权利要求5所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中采用超声波清洗机进行超声处理，超声时间为8-12h，超声温度为35-40℃，超声频率40KHz，超声功率700W；
步骤(3)中采用台式高速离心机进行离心，转速设置为3000-4000r/min，离心时间为10-20min；
步骤(4)中超纯水与芳纶纳米纤维/二硫化钨分散液的体积比为6-7:1，浸泡时间为1-2h。
7.根据权利要求5所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(5)中超纯水与芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶的体积比为8-10:1，置换次数为8-10次，每次置换时间为2-3h；
步骤(6)中叔丁醇溶液与芳纶纳米纤维/二硫化钨水凝胶的体积比为3-5:1，置换次数为3-5次，每次置换时间为1-2h，叔丁醇溶液体积分数为40-60％。
8.根据权利要求5所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(7)中采用冷冻干燥机进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-40～-80℃，冷冻干燥时间为24～48h。
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