CN114225711A - 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114225711A
CN114225711A CN202111595405.0A CN202111595405A CN114225711A CN 114225711 A CN114225711 A CN 114225711A CN 202111595405 A CN202111595405 A CN 202111595405A CN 114225711 A CN114225711 A CN 114225711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanofiber membrane
polylactic acid
cellulose acetate
electrostatic spinning
membrane
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.)
Pending
Application number
CN202111595405.0A
Other languages
English (en)
Inventor
孙润军
魏亮
杜馨禹
刘呈坤
董洁
王秋实
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Polytechnic University
Original Assignee
Xian Polytechnic University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Polytechnic University filed Critical Xian Polytechnic University
Priority to CN202111595405.0A priority Critical patent/CN114225711A/zh
Publication of CN114225711A publication Critical patent/CN114225711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/08—Polysaccharides
    • B01D71/12—Cellulose derivatives
    • B01D71/14—Esters of organic acids
    • B01D71/18—Mixed esters, e.g. cellulose acetate-butyrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/425—Cellulose series
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4326—Condensation or reaction polymers
    • D04H1/435—Polyesters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/02—Hydrophilization
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/39—Electrospinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/24—Mechanical properties, e.g. strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本发明公开了一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用，属于膜材料技术领域。通过聚乳酸与乙酸纤维素的共混改性，能有效提高纳米纤维膜的机械强度与亲水效果同时具备优良的染料吸附效果。本发明采用的聚乳酸与乙酸纤维素是生物可降解材料，其降解的产物是乳酸和葡萄糖，不会有毒副作用，不会对环境造成二次污染。乙酸纤维素可提高纳米纤维纤维膜的机械强度，同时还具有吸附重金属离子和色素的功能。通过静电纺丝制得的纳米纤维膜可对微米级以下的杂质实现有效过滤。本发明的工艺简单，原料易得，成本低；制备得到的纳米纤维膜具有良好的透水性，抗水解性，可降解性和耐溶胀能力，可用于制造耐久、长效的过滤材料。

Description

一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于膜材料技术领域，具体涉及一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，人口的不断增长使水资源的需求量逐年上升，工业的快速发展使水环境受到的污染愈发严重，因此水资源短缺和水环境污染的现象日趋严峻。因此，面对新兴的水污染挑战，开发出新型多功能、高附加值的过滤材料迫在眉睫。
早在19世纪便有学者开始了液体过滤技术的相关研究。与传统分离技术相比，膜分离技术因能耗低、效率高、应用范围广、设备操作简单等优点而备受关注。到20世纪，微滤、超滤、纳滤等相关液体过滤技术迅速发展。纳米级材料可以通过人为设计表现出新颖且显著的物理、化学性能，纳米级聚合物作为纳米材料的重要组成部分，以高比表面积和其它优异性能在废水处理方面表现出很好的应用价值。
然而，目前纳米材料在使用过程中还是存在一定的缺陷，大部分原材料的不可降解性及不可再生性在一定程度上会对环境造成二次污染，且纳米材料自身的机械性能较差，在实际使用过程中受到一定的限制，所以开发环保型纳米膜吸附材料具有重要的价值。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用，该制备方法工艺简单，原料易得，成本低；制备得到的纳米纤维膜具有良好的透水性，抗水解性，可降解性和耐溶胀能力，可用于制造耐久、长效的过滤材料。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种静电纺纳米纤维膜的制备方法，分为以下步骤：
步骤1：将聚乳酸溶于有机溶剂中，充分搅拌，得到均匀的聚乳酸溶液；
步骤2：向步骤1得到的聚乳酸溶液中加入乙酸纤维素，充分搅拌，得到聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液；
步骤3：将步骤2得到的聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液作为纺丝液进行静电纺丝，将得到的产物烘干，得到静电纺纳米纤维膜。
优选地，聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液中，聚乳酸的质量分数为8％～14％，乙酸纤维素的质量分数为1％～7％。
优选地，步骤1中，有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、冰乙酸和三氟乙酸中的一种或几种。
优选地，步骤1中，搅拌的速度为200～700r/min，搅拌时间为6～12h。
优选地，步骤2中，搅拌的速度为200～700r/min，搅拌时间为4～10h。
优选地，步骤3中，静电纺丝采用针式静电纺丝设备。
进一步优选地，静电纺丝的参数包括：高压静电场电压范围为14～22kv，注射器推进速度为0.4～2ml/h，纺丝接收距离为15～20cm，收集辊筒转速为100～600r/min，收集辊筒材质为铝、钛或不锈钢。
优选地，步骤3中，烘干采用真空烘箱，烘干温度为40～70℃，烘干时间为6～8h。
本发明还公开了采用上述制备方法制得的静电纺纳米纤维膜，纳米纤维直径为100～700nm，不匀率≤35％；30mg的纳米纤维膜对刚果红染料的吸附容量＞80mg·g-1，去除率≥75％；断裂伸长率＞36％，断裂强度＞4MPa。
本发明还公开了上述静电纺纳米纤维膜在去除有机染料污染物方面的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的静电纺纳米纤维膜的制备方法，通过聚乳酸与乙酸纤维素的共混改性，能有效提高纳米纤维膜的机械强度与亲水效果同时具备优良的染料吸附效果。本发明采用的聚乳酸与乙酸纤维素是生物可降解材料，其降解的产物是乳酸和葡萄糖，不会有毒副作用，不会对环境造成二次污染。乙酸纤维素可提高纳米纤维纤维膜的机械强度，同时还具有吸附重金属离子和色素的功能。通过静电纺丝制得的纳米纤维膜可对微米级以下的杂质实现有效过滤。
进一步地，聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液中，聚乳酸和乙酸纤维素的质量分数过小，聚合物分子链的缠结程度差，纺丝射流不连续且所受电场力的作用不均匀，喷出的纤维束没有得到足够的拉伸，溶剂未能完全挥发，会导致纳米纤维不够连续且有较多珠节的形成；两者的质量分数过大，纺丝过程中电场力对纺丝溶液的作用减弱，将导致纳米纤维的直径增大且均匀性变差。
进一步地，有机溶剂采用二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、冰乙酸和三氟乙酸中的一种或几种，能够同时充分溶解聚乳酸和乙酸纤维素，并且不会有相分离现象出现。
进一步地，步骤1中，搅拌的速度为200～700r/min，搅拌时间为6～12h，能够充分溶解聚乳酸与乙酸纤维素并使两种聚合物均匀混合。
进一步地，静电纺丝采用针式静电纺丝设备，对于纺丝参数的调整操作简单，且采用该设备制得的纳米纤维直径不匀率较低。
更进一步地，电压在14～22kV范围内，电场力对纺丝溶液的有较好的牵伸作用并克服纺丝液的表面张力，使射流***，有利于纳米纤维的拉伸细化；注射器推进速度为0.4～2mL/h时，射流稳定纳米纤维直径的不匀率较低，注射器推进速度过大，纺丝溶液所带电荷量增大，其在电场力的作用下分列细化的概率增加，纤维直径的不匀率因此增大；注射器推进速度过小，纺丝溶液在电场力作用下会变为纳米颗粒，无法成纤；纺丝接收距离在15～20cm、辊筒转速为100～600r/min范围内、收集辊筒材质为铝、钛或不锈钢，纳米纤维会有效的拉伸细化且收集效率较高。
进一步地，烘干采用真空烘箱，烘干温度为40～70℃，烘干时间为6～8h，能够有效去除纳米纤维膜表面残留的有机溶剂同时在该条件下，纳米纤维膜结构不会被破坏。
采用上述制备方法制得的静电纺纳米纤维膜，纤维膜表面平整光滑，纤维粗细均匀；纤维膜具有一定的亲水性，平均强度，断裂伸长率为，具有较好的力学性能。
将上述静电纺纳米纤维膜作为污水过滤材料时，纳米纤维膜所具有的较高的比表面积与传统滤膜相比会提供更多的吸附面积与结合位点，同时乙酸纤维的加入使膜的亲水性提高，通量增加，还能一定程度的提高膜的抗污能力，提高纤维膜在污水处理中的使用寿命；同时，聚乳酸与乙酸纤维素都是可降解的环保材料，能有效防止吸附后的滤膜对环境的二次污染。
附图说明
图1为本发明制备得到的静电纺纳米纤维膜的实物图；
图2为实施例1制得的纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图；
图3为实施例1制得的纳米纤维膜的纤维直径分布图；
图4为实施例2制得的纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图；
图5为实施例2制得的纳米纤维膜的纤维直径分布图；
图6为实施例3制得的纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图；
图7为实施例3制得的纳米纤维膜的纤维直径分布图；
图8为实施例4制得的纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图；
图9为实施例4制得的纳米纤维膜的纤维直径分布图；
图10为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的吸附容量与吸附剂用量关系图；
图11为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的去除率与吸附剂用量关系图；
图12为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的吸附容量与吸附时间关系图；
图13为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的去除率量与吸附时间关系图；
图14为实施例1～4制得的纳米纤维膜的水接触角测试图。
具体实施方式
静电纺丝是一种制造纳米纤维的高效技术，一方面，静电纺纳米纤维复合过滤材料过滤效率高，与传统过滤材料相比，其过滤效率提高了70％及以上；二是水通量大。相比传统的过滤材料，静电纺纳米纤维支架具有低克重和高孔隙率、高渗透性以及孔径可控性，提供了将过滤和吸附的功能结合在一起的平台，将靶向分子捕获在纳米纤维表面，可有效去除污染物；利用纳米纤维材料作为过滤材料，能显著提高吸附能力和过滤效率，从而在过滤领域具有重要的应用价值和前景。但是由于本身性质的原因，纳米纤维膜普遍存在机械强度不够的缺点，需要在纺丝液中加入增强材料来提高纤维膜的力学性能；同时，大部分高聚物其不能天然降解，过滤后的废旧材料可能会对环境造成二次污染，因此选用材料是否天然可降解也需要考虑。
乙酸纤维素是一种可再生的天然吸附剂，通过对纤维素的羟基进行化学反应，可以制备具有吸附金属离子功能的功能化纳米纤维素吸附剂。这对于开发纤维素类吸附剂应用于饮用水分离过滤具有非常大的潜在客观价值。聚乳酸因其无毒、生物相容性好、可降解、对水体无损害、不溶于水等性质，可以作为一种改善纤维素的可纺性能的高分子聚合物。
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明：
实施例1
将1.353g聚乳酸溶于10ml三氟乙酸中，使用转速200r/min的磁力搅拌器搅拌12h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸静电纺丝液；
将0.168g乙酸纤维素加入得到的聚乳酸静电纺丝液中，转速700r/min磁力搅拌4h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸/乙酸纤维素静电纺丝液；
以制得的纺丝溶液为原料进行静电纺丝，纺丝工艺参数为高压静电场电压14kv，注射器推进速度为0.4ml/h，接收距离为15cm，收集辊筒转速为100r/min；
将制得的纳米纤维膜放入真空烘箱，在40℃真空干燥8h以除去残余溶剂，得到的聚乳酸/乙酸纤维素纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图如图2所示。
实施例2
将1.336g聚乳酸溶于10ml二氯甲烷、丙酮和冰乙酸的混合溶液(体积比3:1:1)中，使用转速400r/min的磁力搅拌器搅拌10h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸静电纺丝液；
将0.401g乙酸纤维素加入得到的聚乳酸静电纺丝液中，转速600r/min磁力搅拌6h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸/乙酸纤维素静电纺丝液；
以制得的纺丝溶液为原料进行静电纺丝，纺丝工艺参数为高压静电场电压16kv，注射器推进速度为0.8ml/h，接收距离为16cm，收集辊筒转速为400r/min；
将制得的纳米纤维膜放入真空烘箱，在50℃真空干燥7h以除去残余溶剂，得到聚乳酸/乙酸纤维素纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图如图3所示。
实施例3
将1.7262g聚乳酸溶于10ml三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺和冰乙酸的混合溶液(体积比3：1：1)中，使用转速600r/min的磁力搅拌器搅拌8h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸静电纺丝液；
将0.719g乙酸纤维素加入得到的聚乳酸静电纺丝液中，转速700r/min磁力搅拌4h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸/乙酸纤维素静电纺丝液；
以制得的纺丝溶液为原料进行静电纺丝，纺丝工艺参数为高压静电场电压18kv，注射器推进速度为1.4ml/h，接收距离为18cm，收集辊筒转速为500r/min；
将所得的纳米纤维膜放入真空烘箱，在60℃真空干燥7h以除去残余溶剂，得到聚乳酸/乙酸纤维素纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图如图4所示。
实施例4
将2.634g聚乳酸溶于10ml三氟乙酸和冰乙酸的混合溶液(体积比9：1)中，使用转速700r/min的磁力搅拌器搅拌6h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸静电纺丝液；
将1.317g乙酸纤维素加入得到的聚乳酸静电纺丝液中，转速700r/min磁力搅拌4h使其完全溶解，得到均匀的聚乳酸/乙酸纤维素静电纺丝液；
以制得的纺丝溶液为原料进行静电纺丝，纺丝工艺参数为高压静电场电压20kv，注射器推进速度为2.0ml/h，接收距离为20cm，收集辊筒转速为600r/min；
将所得的纳米纤维膜放入真空烘箱，在70℃真空干燥6h以除去残余溶剂，得到聚乳酸/乙酸纤维素纳米纤维膜的扫描电镜(SEM)图如图5所示。
图1为本发明制得的静电纺纳米纤维膜的实物图，由图中可以看出，纳米纤维膜表面平整光滑，质地均匀，具有一定的柔性。
由图2～图9可以看出，实施例1～实施例4制备的纳米纤维膜细度均匀，形貌优良，平均直径在250～350nm之间，整体直径分布在100～700nm之间，不匀率≤35％。
图10～图13为实施例1～4制得的纳米纤维膜及乙酸纤维素(CA)粉末对100mg/L的刚果红染料的吸附试验，结果表明与乙酸纤维素粉末相比，本发明制备的纳米纤维膜与乙酸纤维素相比，对刚果红染料具有更好的吸附效果，30mg的纳米纤维膜吸附容量可达80mg·g-1以上，去除率≥75％。
图10为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的吸附容量与吸附剂用量关系图，由图中可以看出，纳米纤维膜与乙酸纤维素相比，其对染料具有较好的吸附容量，当膜的用量从10mg增加到50mg时，吸附容量降低，这是由于在染料的体积和浓度一定的情况下，膜用量增加不会使染料的浓度发生变化，这就导致单位质量膜的吸附容量发生一定程度的降低。
图11为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的去除率与吸附剂用量关系图，由图中可以看出，纤维膜的用量从10mg增加到50mg时，去除率逐渐增大，去除百分比随着膜用量的增加而升高。这是由于膜用量增加，其可吸附的表面积变大，可提供更多的可结合的活性位点，使染料的浓度降低继而去除率增加。
图12为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的吸附容量与吸附时间关系图，由图中可以看出，膜对染料的吸附容量随着吸附时间的增加而增大，吸附平衡时间约为6h左右，达到平衡以后，吸附容量不会再随着时间的增加而继续增大，6h后由于纳米纤维膜的表面网状通道被覆盖堵塞，染料较难进入内部与吸附位点结合，所以导致吸附过程缓慢，在达到平衡后，活性位点已被大量占据，吸附达到了饱和状态。
图13为实施例1～4制得的纳米纤维膜及CA粉末对刚果红染料的去除率与吸附时间关系图，由图中可以看出，膜对染料的去除率随着吸附时间的增加而增大，吸附平衡时间约为6h左右，达到平衡以后，去除率不会再随着时间的增加而继续增大；纤维膜的吸附包括快速吸附和缓慢吸附两个过程；其中快速吸附阶段是由于纳米纤维膜自身高比表面积所引起的物理吸附，在此过程中纤维膜优异的网状结构为染料的吸附提供了有利的通道。吸附平衡后，由于吸附剂的表面网状通道被覆盖堵塞，吸附达到了饱和状态。
图14为实施例1～4制得的纳米纤维膜的水接触角测试图，表明制得的纳米纤维膜具有一定的亲水性。
下表为实施例1～实施例4制备的纳米纤维膜的力学性能测试数据，实验结果表明本发明制备的纳米纤维膜具有较好的机械强度和拉伸性。
名称 断裂伸长率/％ 拉伸强度/MPa 断裂强力/cN
实施例1 36.5％ 4.12 78.27
实施例2 40％ 5.63 88.91
实施例3 39.3％ 4.89 90.27
实施例4 38.6％ 4.15 92.21

Claims (10)

1.一种静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，分为以下步骤：
步骤1：将聚乳酸溶于有机溶剂中，充分搅拌，得到均匀的聚乳酸溶液；
步骤2：向步骤1得到的聚乳酸溶液中加入乙酸纤维素，充分搅拌，得到聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液；
步骤3：将步骤2得到的聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液作为纺丝液进行静电纺丝，将得到的产物烘干，得到静电纺纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，聚乳酸/乙酸纤维素纺丝溶液中，聚乳酸的质量分数为8％～14％，乙酸纤维素的质量分数为1％～7％。
3.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、冰乙酸和三氟乙酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，搅拌的速度为200～700r/min，搅拌时间为6～12h。
5.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤2中，搅拌的速度为200～700r/min，搅拌时间为4～10h。
6.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤3中，静电纺丝采用针式静电纺丝设备。
7.根据权利要求6所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，静电纺丝的参数包括：高压静电场电压范围为14～22kv，注射器推进速度为0.4～2ml/h，纺丝接收距离为15～20cm，收集辊筒转速为100～600r/min，收集辊筒材质为铝、钛或不锈钢。
8.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤3中，烘干采用真空烘箱，烘干温度为40～70℃，烘干时间为6～8h。
9.根据权利要求1～8任意一项所述制备方法制得的静电纺纳米纤维膜，其特征在于，纳米纤维直径为100～700nm，不匀率≤35％；30mg的纳米纤维膜对刚果红染料的吸附容量＞80mg·g-1，去除率≥75％；断裂伸长率＞36％，断裂强度＞4MPa。
10.根据权利要求9所述的静电纺纳米纤维膜作为污水过滤材料的应用。
CN202111595405.0A 2021-12-23 2021-12-23 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用 Pending CN114225711A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111595405.0A CN114225711A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111595405.0A CN114225711A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114225711A true CN114225711A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80762484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111595405.0A Pending CN114225711A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114225711A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103341327A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 常州大学 高水通量phbv复合膜及其制备方法和应用
CN110170250A (zh) * 2019-06-27 2019-08-27 长春工业大学 一种可降解聚乳酸/醋酸纤维素超滤膜及其制备方法
US20200282362A1 (en) * 2019-03-06 2020-09-10 Tianjin Polytechnic University Reverse osmosis membrane support material and preparation method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103341327A (zh) * 2013-06-25 2013-10-09 常州大学 高水通量phbv复合膜及其制备方法和应用
US20200282362A1 (en) * 2019-03-06 2020-09-10 Tianjin Polytechnic University Reverse osmosis membrane support material and preparation method thereof
CN110170250A (zh) * 2019-06-27 2019-08-27 长春工业大学 一种可降解聚乳酸/醋酸纤维素超滤膜及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘瑞来等: "聚乳酸/醋酸纤维素复合多孔超细纤维的制备", 高分子学报, no. 10 *
杜馨禹等: "工艺参数对PLA/CA复合纳米纤维形貌与直径的影响", 合成纤维, vol. 51, no. 5 *
杨欢: "聚乳酸基多孔纤维的可控电纺研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, no. 1, pages 3 - 4 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Structural design and environmental applications of electrospun nanofibers
Cui et al. Electrospun nanofiber membranes for wastewater treatment applications
CN110205748B (zh) 一种β-FeOOH/聚丙烯腈的复合纳米纤维膜及其制备方法与应用
CN108893863B (zh) 一种zif-8/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜及其制备方法和应用
Guo et al. Preparation and dye filtration property of electrospun polyhydroxybutyrate–calcium alginate/carbon nanotubes composite nanofibrous filtration membrane
Xu et al. High flux and rejection of hierarchical composite membranes based on carbon nanotube network and ultrathin electrospun nanofibrous layer for dye removal
Ma et al. Electrospun sodium alginate/poly (ethylene oxide) core–shell nanofibers scaffolds potential for tissue engineering applications
Nataraj et al. Polyacrylonitrile-based nanofibers—A state-of-the-art review
EP2661317B1 (en) Functionalization of nanofibrous microfiltration membranes for water purification
CN110872741B (zh) 一种同时用于乳液分离和染料吸附的复合纳米纤维膜及其制备方法
Ni et al. Synergistic effect on TiO2 doped poly (vinyl alcohol-co-ethylene) nanofibrous film for filtration and photocatalytic degradation of methylene blue
Zhang et al. Electrospun silk fibroin–hydroxybutyl chitosan nanofibrous scaffolds to biomimic extracellular matrix
Buivydiene et al. Composite micro/nano fibrous air filter by simultaneous melt and solution electrospinning
Bang et al. Biodegradable and hydrophobic nanofibrous membranes produced by solution blow spinning for efficient oil/water separation
Bai et al. Efficient and recyclable ultra-thin diameter polyacrylonitrile nanofiber membrane: Selective adsorption of cationic dyes
CN110644137B (zh) 一种静电纺丝制备微孔复合纳米纤维膜的方法、应用
CN112619622A (zh) 可高效清除水中离子型染料及重金属离子的纳米复合纤维膜及其制备方法与应用
Hou et al. Fabrication and morphology study of electrospun cellulose acetate/polyethylenimine nanofiber
CN105780299B (zh) 一种超分子吸附滤网的制备方法
CN113914094B (zh) 一种碳酸钙/聚合物纳米纤维复合膜的制备方法
CN112999896B (zh) 一种勃姆石改性吸附膜及其制备方法和应用
Zhu et al. Fabrication and osteoblastic adhesion behavior of regenerated silk fibroin/PLLA Nanofibrous scaffold by double syringe electrospinning
Yang et al. Hybrid membranes based on electrospun nanofiber modified with PDA for selective oil-in-water emulsion separation
CN113308753A (zh) 一种高温可吸附的多孔聚酰亚胺纳米纤维及其制备方法和应用
CN114225711A (zh) 一种静电纺纳米纤维膜及其制备方法和应用

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