[发明专利]一种静电纺丝法制备含稀土多酸发光纳米复合纤维膜及其应用

说明书

技术领域

本发明属于无机-有机复合材料技术领域，特别涉及一种静电纺丝法制备含稀土多酸的发光纳米复合纤维膜及其在pH敏感型气敏材料中的应用。

背景技术

多酸化合物是一类含有V、Mo、W等金属的多金属氧化物。由同种含氧酸根离子缩合形成的叫同多阴离子，其酸叫同多酸。由不同种类的含氧酸根阴离子缩合形成的叫杂多阴离子，其酸叫杂多酸。目前已知有近70种元素的原子可作为杂多酸中的杂原子，包括全部的第一系列过渡元素，几乎全部的第二、三系列过渡元素，再加上B、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、As、Sb、Bi、Se、Te、I等。而每种杂原子又往往可以不同价态存在于杂多阴离子中，所以种类是相当繁多的。

多酸是具有拓扑结构的金属氧簇合物,在催化领域、生物学、电极、药物以及材料科学均有潜在应用,被称为无机高分子。多酸可以在某一格位接受电子,利用这一特性可以将稀土元素引入到Sandwich型多酸化合物中形成含稀土的多酸化合物，与传统的Keggin型和Wells-Dawson型多酸阴离子相比，Sandwich型多酸阴离子具有更好的水解稳定性。该多酸阴离子可以在室温下的水溶液中保存20年以上而不发生降解，同时，该类多酸在水相中pH=6.0～10的范围内可以稳定存在，与很多无机有机物都具有很好的兼容性。这类夹心型含铕多酸化合物不仅具有铕的发光特性，也具备夹心型多酸化合物的性质，使之具有特定的光、电、磁学特性。

聚丙烯腈是一种由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到高聚物(简写为PAN)，不溶于水但溶于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯等极性有机溶剂。其经静电纺丝技术制备的纳米纤维具有密度小质轻的优良性能，还具有很强的耐候性、耐日晒性、耐化学试剂的特点,特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂，因此在农业、工业废水处理、电子电器及医疗卫生材料方面有着广泛的应用。

静电纺丝是一种具有广阔应用前景的纳米材料制备技术，其设备价格低廉，制备工艺简单，能够制备具有极大体积比表面积的纳米纤维丝，因此受到广泛的关注。已有报道利用静电纺丝技术将水溶性聚合物与一些水溶性无机材料混纺，到目前为止有关非水溶性聚合物与水溶性多酸的混纺制备纳米复合纤维膜未见报道。

发明内容

本发明的目的是将稀土多酸与聚丙烯腈通过静电纺丝技术，形成无机-有机发光纳米复合纤维膜。

本发明的技术方案是将稀土多酸与聚丙烯腈溶液物理共混，形成稳定的均相体系，再利用静电纺丝技术制备出纳米复合纤维膜，实现含稀土多酸阴离子在分子尺度上的定向排列和均匀分散。

本发明所述的含稀土多酸发光纳米复合纤维膜由稀土多酸和聚丙烯腈组成，稀土多酸与聚丙烯腈的质量比为0.05-0.23，纤维直径为70-350nm。

本发明所述的静电纺丝法制备含稀土多酸发光纳米复合纤维膜，其具体步骤如下：

1）配制质量分数为1-10%的聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液；

2）在搅拌条件下将稀土多酸加入到步骤1）配制的溶液中，室温下磁力搅拌至溶液呈澄清透明状，得到纺丝溶液；

3）将步骤2)得到的纺丝溶液放入静电纺丝设备的玻璃喷丝管中进行纺丝，玻璃喷丝管头内径为0.6-1.2mm，以铝套为阳极，铝箔为阴极作为接收板接收产物，针头到接收板的距离为10-30cm，调节电压在15-25kv，静电纺丝9-12h后，将接收板上获得的产物真空干燥，即得到含稀土多酸发光纳米复合纤维膜。

所述的稀土多酸为Sandwich型多酸，其分子式为Na₉LnW₁₀O₃₆·32H₂O，其中Ln为稀土元素。

所述的聚丙烯腈的分子量为10000-20000。

所述的稀土多酸与聚丙烯腈的质量比为0.05-0.23。

将上述制备的含稀土多酸发光纳米复合纤维膜作为pH敏感型气敏材料的应用，具体使用方法为：

1)将制备的含稀土多酸发光纳米复合纤维膜悬挂于酸性气体发生器中，静置1min后取出，对该纤维膜进行荧光测试；

2)将测试后的纤维膜悬挂于NH₃发生器中，静置1min后取出，该含稀土多酸发光纳米复合纤维膜再生，即可再用于酸性气体的检测。

所述的酸性气体为HCl和/或H₂S。