CN115748094A - 用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents
用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115748094A CN115748094A CN202211377629.9A CN202211377629A CN115748094A CN 115748094 A CN115748094 A CN 115748094A CN 202211377629 A CN202211377629 A CN 202211377629A CN 115748094 A CN115748094 A CN 115748094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stirring
- electrostatic spinning
- solution
- heavy metal
- polyurethane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 29
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 27
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 claims abstract description 12
- ONLPKGMCOFNAJA-UHFFFAOYSA-N 3-methoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[SiH2]CCCS ONLPKGMCOFNAJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 5
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 24
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 14
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 6
- -1 lead ions Chemical class 0.000 description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
一种用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：①静电纺丝前驱液的制备：在容器中加入N，N—二甲基甲酰胺溶液和乙二醇二甲醚，一次搅拌成均相溶液，加入磁性Fe3O4和3～巯基丙基甲氧基硅烷，进行二次搅拌，加入聚氨酯，进行三次搅拌使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并冷却后加入氯化锂，进行四次搅拌，制成静电纺丝前驱液；②静电纺丝后制得用于重金属吸附的纳米纤维膜。本发明制得的负载巯基的聚氨酯纳米纤维膜对于重金属离子有着优异的吸附效果，且性能非常稳定，吸附容量大，且在重金属废水浓度很低时，也能起到很好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米纤维膜，尤其涉及一种用于吸附重金属的聚氨酯纳米纤维膜的制备方法。
背景技术
随着工业化进程的进一步加速，各类企业对于重金属的需求与日俱增，同时不可避免的向环境排放大量的复合污染物，如重金属离子Cd2+、Pb2+等。这些重金属离子不仅严重污染地表水和地下水，造成全球可利用水资源急剧下降，而且使土壤中重金属的含量增加，危害生态环境和人体健康。
近年来，水体中复合污染物的去除已经成为水环境治理过程中的研究热点。沉淀法是指用一定质量的沉淀剂物品，将废水溶液中的重金属离子进行转化，成为沉淀物，但是沉淀法所生成的沉淀物的成渣量比较高，还需对沉淀物进行后处理，且pH值对于沉淀的影响也很大，效果不稳定。膜分离技术通常指利用外力的作用，使溶液通过一种选择性的半透膜，实现溶剂和溶液产生分离，常用的膜分离技术主要包括：超滤、纳滤，反渗透、微滤等，但是制造半透膜的价格昂贵，成本高且稳定性较差。离子交换树脂是指通过离子交换树脂上的具有和重金属反应的活性基团物质，这类型的基团可以和重金属离子形成螯合作用，从而达到去除重金属离子的目的，但是离子交换树脂价格比较昂贵，且再生时容易产生一定量的废水，容易产生二次污染。吸附法作为一种简单高效的方法愈来愈引起学者的关注，吸附法能深度处理低浓度重金属废水，处理后的出水水质高、可操作性强、经济有效。但是传统的吸附材料像沸石、石英砂、木质素、壳聚糖等存在选择性差、不易再生、吸附质的吸附受尺寸限制等问题。
吸附法涉及的吸附材料有很大的改进空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种用于重金属吸附的纳米纤维膜。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：、一种用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①静电纺丝前驱液的制备：在容器中加入N，N—二甲基甲酰胺溶液和乙二醇二甲醚，于30～40℃下一次搅拌成均相溶液，加入磁性Fe3O4和3～巯基丙基甲氧基硅烷，保持温度不变，进行二次搅拌，加入聚氨酯，于55～65℃下，进行三次搅拌使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并冷却后加入氯化锂，进行四次搅拌，制成静电纺丝前驱液；
②静电纺丝：将静电纺丝前驱液置于静电纺丝设备的储液罐中，用无纺布作为接收基材，纺丝后制得用于重金属吸附的纳米纤维膜。
作为优选，所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与聚氨酯的质量比为70:8～70:20，优选为70:10～70:15，例如为70:12；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述乙二醇二甲醚的质量比为70:1～70:9，优选为70:3.5～70:6.6，例如为70:5；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述磁性Fe3O4质量比为70:1～70:3，优选为70:1.5～70:2.5，例如为70:2；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述的3-巯基丙基甲氧基硅烷质量比为70:4～70:8，优选为70:4.5～70:6.5，例如为70:6；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述的氯化锂质量比为70:1～70:3，优选为70:1.5～70:2.5，例如为70：2。
作为优选，所述的一次搅拌时间为20～30min，二次搅拌时间为15～20min，三次搅拌时间为1.5～2h，四次搅拌时间为30～50min。
作为优选，步骤①三次搅拌后进行冷却时冷却温度为0～5℃。
作为优选所述的聚氨酯的分子量为80000～100000。聚氨酯分子量太小的话，不能用来静电纺丝；分子量太大会导致生产效率降低，在纺丝过程中出丝的数量会减小。
作为优选静电纺丝前驱液的粘度200～2000mPa·s。纺丝液粘度太小会导致在纤维膜表面出现较多的串珠结构，会影响滤芯的通量；纺丝液粘度过大会造成纳米纤维的直径过粗会导致对于重金属吸附能力变差。
作为优选，步骤②中的纺丝条件如下：纺丝电压为70～95kv，电极螺纹与收集器的距离为15～25cm，供液的速度为5～200ml/h，收集器的速度为0.01～0.05m/min，纺丝的温度为20～40℃，湿度为20％～40％。
作为优选，步骤②中获得的纳米纤维膜的比表面积为600～760m2/g，孔隙率为70％～80％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成射流而形成连续纤维的加工工艺，多采用溶液纺丝，也有少量熔融纺丝，该方法是带电荷的熔体或高分子溶液在电场力的作用下流动发生变形，经熔体冷却或溶剂蒸发而固化，最终得到纤维状物质。静电纺丝是一种简便、快捷、高效的生产纳米至微米级纤维的一种技术，通过该方法制备纳米纤维、纤维毡在医疗、催化剂等方面有着广阔的应用。
选择聚氨酯作为静电纺丝的聚合物主要是因为聚氨酯的静电纺丝溶液浓度范围大，起始电压低，具有良好的静电纺丝可纺性，且聚氨酯的纳米纤维膜力学性能优异。乙二醇二甲醚具有良好的化学稳定性，可以有效的解决孔径分均匀和尺寸的控制，提高孔隙率和孔的渗透性。3-巯基丙基甲氧基硅烷能够提高聚氨酯的稳定性，且其不会水解，具有吸附能力强、吸附容量大、吸附持久性强、配位选择性好等显著优点。同时，Fe3O4的加入促进了乙二醇二甲醚提高孔隙率的功能性，二者之间具有协同效应，且Fe3O4的引入增强了纤维膜的机械性能，能够适用于更多的场景。
静电纺丝法具有原料来源范围广、纤维结构可控性好、制备工艺扩展性强等优点，通过静电纺丝得到的纤维直径在几百纳米，由这些纤维堆积而成的材料具有孔径小、孔隙率高、纤维连续性好、堆积密度可控等特性，在电子信息、环境治理、能源、安全防护、组织工程等领域展现出了广阔的应用前景。
制备方法过程简单、条件温和、易控，所采用的原料均为无毒或低毒原料，反应过程中原料消耗少，成本较低，且没有生成有毒副产物，属于环境友好型合成方法。该纤维功能基团含量较高，且保持了良好的形态和强度，在功能化纺织品、水和空气净化、化学物质分离提取等方面具有广阔的应用前景。
由于磁性Fe3O4的带电性，在前一次吸附过程完成后，能够在磁性的作用下达到固液分离的效果，便于多次利用，达到吸附材料可回收的目的。
本发明制得的负载巯基的聚氨酯纳米纤维膜对于重金属离子有着优异的吸附效果，且性能非常稳定，吸附容量大，且在重金属废水浓度很低时，也能起到很好的效果。本发明中的纤维膜在去除重金属过程中不会产生沉淀物和废水，不会造成环境污染问题。本发明磁性Fe3O4的引入提高了纳米纤维膜的机械性能，扩宽了其使用范围。本发明的制备方法使得纳米纤维膜吸附材料具有再生吸附性能，提高了重金属的吸附效率和降低了成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
(1)静电纺丝前驱液的制备：首先在圆底烧瓶中加入700gN，N—二甲基甲酰胺溶液和50g乙二醇二甲醚，于30℃下搅拌20min成均相溶液。加入20g磁性Fe3O4和60g3-巯基丙基甲氧基硅烷再用磁力搅拌器在30℃下剧烈搅拌15min成均相溶液。将120g分子量为80000的聚氨酯加入其中，于60℃下不断搅拌1.5h使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并在0℃冷却后加入20g氯化锂，搅拌30min制成静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将以上步骤制得的静电纺丝前驱液放置在静电纺丝设备的储液装置内，装置连接纺针针头，接通电源进行纺丝。静电纺丝时的电压定为70kv，电极螺纹与收集器的距离为15cm，供液的速度为5ml/h，收集器的速度为0.01m/min，纺丝的温度为20℃，湿度为20％，用无纺布收集纺好的纳米纤维膜。
(3)滤芯的制备与性能测试：将纺好的纳米纤维膜用中心管和导流布卷成长度为2.5米的滤芯，分别称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值为7.2，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度直到滤芯失效。
实施例2
(1)静电纺丝前驱液的制备：首先在圆底烧瓶中加入700gN，N—二甲基甲酰胺溶液和50g乙二醇二甲醚，于30℃下搅拌25min成均相溶液。加入20g磁性Fe3O4和60g3-巯基丙基甲氧基硅烷再用磁力搅拌器在30℃下剧烈搅拌17min成均相溶液。将120g分子量为90000的聚氨酯加入其中，于60℃下不断搅拌1.8h使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并在2.5℃冷却后加入20g氯化锂，搅拌40min制成静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将以上步骤制得的静电纺丝前驱液放置在静电纺丝设备的储液装置内，装置连接纺针针头，接通电源进行纺丝。静电纺丝时的电压定为80kv，电极螺纹与收集器的距离为20cm，供液的速度为100ml/h，收集器的速度为0.03m/min，纺丝的温度为30℃，湿度为30％，用无纺布收集纺好的纳米纤维膜。
(3)滤芯的制备与性能测试：将纺好的纳米纤维膜用中心管和导流布卷成长度为2.5米的滤芯，分别称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值为7.35，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度直到滤芯失效。
实施例3
(1)静电纺丝前驱液的制备：首先在圆底烧瓶中加入700gN，N—二甲基甲酰胺溶液和50g乙二醇二甲醚，于30℃下搅拌30min成均相溶液。加入20g磁性Fe3O4和60g3-巯基丙基甲氧基硅烷再用磁力搅拌器在30℃下剧烈搅拌20min成均相溶液。将120g分子量为100000的聚氨酯加入其中，于60℃下不断搅拌2h使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并在5℃冷却后加入20g氯化锂，搅拌50min制成静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将以上步骤制得的静电纺丝前驱液放置在静电纺丝设备的储液装置内，装置连接纺针针头，接通电源进行纺丝。静电纺丝时的电压定为95kv，电极螺纹与收集器的距离为25cm，供液的速度为200ml/h，收集器的速度为0.05m/min，纺丝的温度为40℃，湿度为40％，用无纺布收集纺好的纳米纤维膜。
(3)滤芯的制备与性能测试：将纺好的纳米纤维膜用中心管和导流布卷成长度为2.5米的滤芯，分别称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值为7.5，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度直到滤芯失效。
对比例1在静电纺丝前驱液的制备中不加入乙二醇二甲醚。
(1)静电纺丝前驱液的制备：首先在圆底烧瓶中加入700gN，N—二甲基甲酰胺溶液，于30℃下搅拌20min成均相溶液。加入20g磁性Fe3O4和60g3-巯基丙基甲氧基硅烷再用磁力搅拌器在30℃下剧烈搅拌15min成均相溶液。将120g分子量为80000的聚氨酯加入其中，于60℃下不断搅拌1.5h使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并在0℃冷却后加入20g氯化锂，搅拌30min制成静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将以上步骤制得的静电纺丝前驱液放置在静电纺丝设备的储液装置内，装置连接纺针针头，接通电源进行纺丝。静电纺丝时的电压定为70kv，电极螺纹与收集器的距离为15cm，供液的速度为5ml/h，收集器的速度为0.01m/min，纺丝的温度为20℃，湿度为20％，用无纺布收集纺好的纳米纤维膜。
(3)滤芯的制备与性能测试：将纺好的纳米纤维膜用中心管和导流布卷成长度为2.5米的滤芯，分别称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值为7.2，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度直到滤芯失效。
对比例2在静电纺丝前驱液的制备中不加入磁性Fe3O4。
(1)静电纺丝前驱液的制备：首先在圆底烧瓶中加入700gN，N—二甲基甲酰胺溶液和50g乙二醇二甲醚，于30℃下搅拌20min成均相溶液。加入60g3-巯基丙基甲氧基硅烷再用磁力搅拌器在30℃下剧烈搅拌15min成均相溶液。将120g分子量为80000的聚氨酯加入其中，于60℃下不断搅拌1.5h使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并在0℃冷却后加入20g氯化锂，搅拌30min制成静电纺丝前驱液。
(2)静电纺丝：将以上步骤制得的静电纺丝前驱液放置在静电纺丝设备的储液装置内，装置连接纺针针头，接通电源进行纺丝。静电纺丝时的电压定为70kv，电极螺纹与收集器的距离为15cm，供液的速度为5ml/h，收集器的速度为0.01m/min，纺丝的温度为20℃，湿度为20％，用无纺布收集纺好的纳米纤维膜。
(3)滤芯的制备与性能测试：将纺好的纳米纤维膜用中心管和导流布卷成长度为2.5米的滤芯，分别称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值为7.2，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度直到滤芯失效。
对实施例1～3和对比例1～2纳米纤维制成的滤芯进行重金属吸附实验的结果见表1：
按照之前所述的称取26g镉离子和铅离子的标准溶液于1000升的水桶中，配得浓度为26ug/L的标准溶液，用氢氧化钠调节标准溶液的pH值，让含有重金属离子的标准溶液通过搭接好的水路经过滤芯，每隔一个小时取吸附后的水样，共取10个小时，水样用0.2％稀硝酸稀释保存，用原子吸收分光光度计测量样品中剩余重金属的溶度。
表1
由表1可知本发明的纳米纤维膜对于重金属的吸附效果好。
为了进一步证实乙二醇二甲醚和磁性Fe3O4的加入能够起到协同效应，有利于提高纤维膜的孔隙率和渗透性，进行了相关的测试，测试结果见表2
表2
滤芯通量测试时是在固定压力为0.1MPa下测试的
由上表可知乙二醇二甲醚和磁性Fe3O4的加入能够提高纤维膜的孔隙率和比表面积，从而增大滤芯的通量。
为了进一步验证磁性Fe3O4的引入提高了纤维膜吸附材料的可回收利用性以及机械性能，进行了相关的测试，测试结果见表3和4.
我们将吸附过重金属离子的纳米纤维膜加入到Na2EDTA洗脱液中进行解吸，在外部磁场的作用下收集吸附剂，用去离子水洗涤后置于50℃下真空干燥，再按照表1中说明的方法进行吸附5次后结果如表3
表3
由上表可知本发明中纳米纤维膜具有优异的可回收利用性能
表4
由上表可知磁性Fe3O4的引入提高了纤维膜的机械性能。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实施并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未进改进将本发明的构思和技术方案直接用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权力要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①静电纺丝前驱液的制备：在容器中加入N，N—二甲基甲酰胺溶液和乙二醇二甲醚，于30～40℃下一次搅拌成均相溶液，加入磁性Fe3O4和3～巯基丙基甲氧基硅烷，保持温度不变，进行二次搅拌，加入聚氨酯，于55～65℃下，进行三次搅拌使得聚氨酯完全溶解，待完全溶解并冷却后加入氯化锂，进行四次搅拌，制成静电纺丝前驱液；
②静电纺丝：将静电纺丝前驱液置于静电纺丝设备的储液罐中，用无纺布作为接收基材，纺丝后制得用于重金属吸附的纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与聚氨酯的质量比为70:8～70:20；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述乙二醇二甲醚的质量比为70:1～70:9；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述磁性Fe3O4质量比为70:1～70:3；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与3～巯基丙基甲氧基硅烷质量比为70:4～70:8；所述N，N—二甲基甲酰胺溶液与所述的氯化锂质量比为70:1～70:3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的一次搅拌时间为20～30min，二次搅拌时间为15～20min，三次搅拌时间为1.5～2h，四次搅拌时间为30～50min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤①三次搅拌后进行冷却时冷却温度为0～5℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的聚氨酯的分子量为80000～100000。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于静电纺丝前驱液的粘度200～2000mPa·s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②中的纺丝条件如下：纺丝电压为70～95kv，电极螺纹与收集器的距离为15～25cm，供液的速度为5～200ml/h，收集器的速度为0.01～0.05m/min，纺丝的温度为20～40℃，湿度为20％～40％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②中获得的纳米纤维膜的比表面积为600～760m2/g，孔隙率为70％～80％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211377629.9A CN115748094A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211377629.9A CN115748094A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115748094A true CN115748094A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85356380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211377629.9A Withdrawn CN115748094A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115748094A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116143227A (zh) * | 2023-04-19 | 2023-05-23 | 新乡学院 | 一种吸附-超滤联用处理低浓度重金属污染废水的方法 |
| CN116239853A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-06-09 | 宁波方太厨具有限公司 | 复合纳米微球制备方法及其在制备纳米纤维膜中的应用 |
-
2022
- 2022-11-04 CN CN202211377629.9A patent/CN115748094A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116239853A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-06-09 | 宁波方太厨具有限公司 | 复合纳米微球制备方法及其在制备纳米纤维膜中的应用 |
| CN116143227A (zh) * | 2023-04-19 | 2023-05-23 | 新乡学院 | 一种吸附-超滤联用处理低浓度重金属污染废水的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cui et al. | Electrospun nanofiber membranes for wastewater treatment applications | |
| CN115748094A (zh) | 用于重金属吸附的纳米纤维膜的制备方法 | |
| Xu et al. | Aqueous solution blow spinning of seawater‐stable polyamidoxime nanofibers from water‐soluble precursor for uranium extraction from seawater | |
| Wang et al. | Poly (ethyleneimine) nanofibrous affinity membrane fabricated via one step wet-electrospinning from poly (vinyl alcohol)-doped poly (ethyleneimine) solution system and its application | |
| CN102527261B (zh) | 一种重金属离子吸附型pvdf中空纤维膜 | |
| CN105544093A (zh) | 一种功能性aopan-rc复合纳米纤维膜的制备方法及其应用 | |
| CN116531974A (zh) | 负载改性活性炭的纳米纤维膜的制备方法 | |
| Xia et al. | Centrifugal spinning of lignin amine/cellulose acetate nanofiber for heavy metal ion adsorption | |
| CN115573096A (zh) | 聚氨酯纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN112044406A (zh) | 一种制备棉秆皮微晶纤维素/氧化石墨烯气凝胶纤维的方法 | |
| CN105780299B (zh) | 一种超分子吸附滤网的制备方法 | |
| CN116240674A (zh) | 磁性纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN113880180A (zh) | 能去除重金属折叠滤芯的制备方法 | |
| CN113491957B (zh) | 具有三维焊接结构的高盐水浓缩用气态纤维膜的制备方法 | |
| CN116219634A (zh) | 具有共价有机骨架的纳米纤维膜的制备方法 | |
| Jiang et al. | Porous nanofiber membrane from phase separation electronspun for selectively recovering uranium from seawater | |
| CN111468072A (zh) | 一种负载zif-8的无纺布复合材料在染料吸附处理中的应用 | |
| CN110592806B (zh) | 一种双纳米功能核心负载的砷去除纳米纤维膜及其制备方法 | |
| CN117988000A (zh) | 一种聚氨酯纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN118029055A (zh) | 聚氨酯纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN117960130A (zh) | 一种纳米纤维膜及其制备方法和应用 | |
| CN113413774B (zh) | 一种多层生物基纳米纤维重金属过滤膜、制备方法及其用途 | |
| CN115478363A (zh) | 一种负载巯基的聚氨酯纤维膜及其制备方法与应用 | |
| CN116239853A (zh) | 复合纳米微球制备方法及其在制备纳米纤维膜中的应用 | |
| CN118029144A (zh) | 壳聚糖基静电纺复合水凝胶的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20230307 |