[发明专利]用于吸附重金属离子的静电纺壳聚糖纳米纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料领域，特别涉及一种能够高效吸附重金属离子的静电纺壳聚糖纳米纤维膜。 

背景技术

重金属污染是指由重金属或其化合物所造成的环境污染。重金属污染可由自然因素(如土壤、岩石风化和火山爆发等)引起，但主要是采矿、工业制造、污水灌溉和使用重金属制品或含金属污染物等人为因素所致。重金属不能被生物降解，却能在食物链的生物放大作用下，成千万倍地富集，最后进入人体。尽管有些重金属如锰、铜、锌等是生命活动必需的微量元素，但是大部分重金属不是生命所必需的。超过一定浓度，就将对人体健康造成损害，导致各种疾病，如：脱水、胃痛、恶心、眩晕、肌肉失调、儿童的神经系统破坏、肺痛、眼睛发炎、皮疹、呕吐、腹痛、疼痛、呼吸困难、肝损伤等。随着我国经济社会的快速发展，人口增长、工业化和城镇化的加快推进，涉及重金属的行业正保持着较强的增长势头，重金属污染事件频发，给环境和人民的健康带来了严重的损害。近年来，仅发生的镉污染事件，就有2005年的广东北江韶关段镉严重超标事件，2006年的湘江湖南株洲段镉污染事故，2009年的湖南省浏阳市镉污染事件，2012的年广西龙江镉污染事件。至于其它重金属污染事件，仅“血铅超标”事件，就已涉及陕西、安徽、河南、湖南、福建、广东、四川、湖南、江苏、山东等省。国家环保部数据显示，2009年重金属污染事件致使4035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件。 

除去水中重金属离子的方法很多，传统的有化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法、电解法、蒸发浓缩法、离子交换树脂法等，但这些方法大多存在投资大、运行成本高、操作管理麻烦、并且会产生二次污染和不能很好地解决金属和水资源再利用等问题。 

甲壳质是一种天然有机高分子多糖，广泛分布于自然界甲壳纲动物( 虾、蟹、昆虫) 的甲壳、真菌和植物的细胞壁中。蕴藏量在地球上的天然有机高分子物质中占第二位，仅次于纤维素。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，是一种线性大分子。壳聚糖分子中含有大量游离的-NH₂，且-NH₂邻位是-OH，所以可借助于氢键或者离子键形成类似网状结构的笼形分子从而对金属离子具有稳定的配位作用。因此，壳聚糖可以作为重金属离子的富集剂，有效去除工业废水中有毒的重金属离子。研究表明，壳聚糖对Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ag⁺、Hg²⁺、Bi³⁺、Pb²⁺有很强的吸附能力，是废水处理的理想材料。而且壳聚糖可以完全被生物降解，不会造成环境污染。 

吸附材料的孔径和构成吸附材料的纤维直径是影响吸附材料吸附精度及效率的主要因素，纤维直径越细，对应吸附材料的吸附精度和效率越高。利用静电纺丝方法能够得到直径为几十到几百纳米的纤维，形成的非织造纤维膜重量轻、渗透性好、孔径小、比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，这使得它具有更高吸附率和吸附量，是一种性能优异的吸附和过滤基材。 

发明内容

本发明提供一种用于吸附重金属离子的静电纺壳聚糖纳米纤维膜及其制备方法，该纳米纤维膜吸附材料能够高效吸附溶液中的重金属离子。 

本发明的一种用于吸附重金属离子的静电纺壳聚糖纳米纤维膜的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下操作步骤： 

（1）选用脱乙酰度70-80%，分子量200,000-300,000的壳聚糖，溶解在三氟乙酸中，超声处理1-2h，配置质量比浓度3-5%的壳聚糖溶液；

（2）将上述纺丝液加入到静电纺丝设备中，用静电纺丝法制备出壳聚糖纳米纤维膜，静电纺丝的工艺为：电压15-30kV，纺丝距离8-20cm，纺丝液喂入量0.1-2ml/h；

（3）将静电纺丝法制备的壳聚糖纳米纤维膜浸泡在1mol/L的NaHCO₃的溶液中浸泡24h后，得到中和壳聚糖纳米纤维膜。

所述步骤（2）得到的壳聚糖纳米纤维膜平均直径50-150nm，孔隙率30-80%。 

所述步骤（3）得到的中和壳聚糖纳米纤维膜对Cu²⁺的吸附量为75-427mg/g，对Pb²⁺的吸附量为38-236 mg/g。