[发明专利]一种聚丙烯腈/聚乙烯亚胺/氧化石墨烯纳米多孔海绵及其制备方法

说明书

一种聚丙烯腈/聚乙烯亚胺/氧化石墨烯纳米多孔海绵及其制备方法，属于吸附材料制备技术领域。本发明提供了一种从聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯出发，经静电纺丝和冷冻干燥过程，得到以PAN为骨架、PEI为吸附剂和交联剂、氧化石墨烯为增强组分的多孔吸附海绵材料。本发明通过静电纺丝技术，使得PAN/PEI双组份纳米纤维膜表面光滑平整，柔软蓬松。通过冷冻干燥技术，得到具有良好回弹性的低密度PAN/PEI多孔海绵。本发明制备的纳米级离子交换纤维由尺寸均一的聚丙烯腈纳米纤维堆叠而成，且对金属离子和有机染料具有优异的吸附性能。

技术领域

本发明属于吸附材料制备技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈/聚乙烯亚胺/氧化石墨烯纳米多孔海绵及其制备方法，该纳米多孔海绵材料可用于水中污染物的吸附处理。

背景技术

金属矿山、有色冶炼、钢铁、电解、电镀、石油化工、电池、制革、农药、油漆、医药、颜料、线路板、航空器材、纺织品等是对国民经济具有重要影响的关键行业，在这些行业生产中不可避免的会产生大量含有重金属和染料的工业废水，一旦被排入江河等水体中，无论是直接饮用，还是经食物链富集后进入人体，都会产生许多严重疾病。工业废水及生活用水深度处理意义重大。

多孔海绵(气凝胶)是一种表面积大(100～1600m²/g)、孔隙率高(70％～99.8％)，密度低(0.003～0.5g/cm³)的多孔材料，与常用的化学药物处理、反渗透法、活性炭吸附、离子树脂交换等常用水体污染物处理方法相比，具有处理速度快、再生时间短、易于洗脱等优点，具有更好的应用前景。目前，多孔海绵材料的制备方法主要包括发泡法、模板法和冰模板-冷冻干燥法，存在孔结构不可控、需高温处理和模板剂选择困难、制备过程繁琐等问题。静电纺丝结合冷冻干燥是近些年发展起来的多孔海绵制备新方法，与传统方法相比，该技术不需高温造孔和模板剂处理，过程相对简单，而且所得材料的孔隙率更高、密度更小，是工业废水和生活用水深度处理的理想材料。

聚乙烯亚胺(PEI)分子链上含有较多伯胺和仲胺基团，容易与金属离子及染料发生较强的化学和物理作用，是一种新型的多胺类水处理助剂。考虑到PEI是水溶性聚合物，无法从处理体系分离，以往主要用作金属离子沉淀剂，产生许多沉淀性污泥，难以回收利用，造成二次污染，相对而言，负载PEI的固相吸附材料可以回收多次使用，应用价值更高。文献(吕瑶，姚振宇，陶磊，潘琪霞，朱利民，静电纺丝制备PEI/PVA纳米纤维膜负载甘草酸的研究[J]，化工新型材料，2016，44，71-73)使用静电纺丝法制备了聚乙烯亚胺/聚乙烯醇(PEI/PVA)纳米纤维，经戊二醛交联后进一步与甘草酸反应，获得了不溶于水的复合纤维；文献(马垚，静电纺丝法制备胺基纳米纤维材料及其水处理应用研究[博士论文]，2016)将聚乙烯亚胺(PEI)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)反应后，与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液混合，通过静电纺丝法制备了不溶于水的m-PEI/PVDF复合纳米纤维。我们仔细研究后发现，上述材料虽然解决了PEI的水溶性问题，但所得纳米纤维的强度较差，容易破碎，难以批量制备，同时纤维膜的致密度较高、孔隙率较低，不利于被吸附物的快速洗脱和重复利用。

发明内容

本发明针对聚乙烯亚胺(PEI)电纺纳米纤维类吸附材料存在的强度较差、变脆易碎等问题，提出了一种简单有效的制备方法，得到了一种蓬松柔软、回弹性好、吸附容量高的聚丙烯腈/聚乙烯亚胺/氧化石墨烯纳米多孔海绵材料。

本发明提供了一种从聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯出发，经静电纺丝和冷冻干燥过程，以PAN为骨架、PEI为吸附剂和交联剂、氧化石墨烯为增强组分的多孔吸附海绵材料的制备方法，其步骤如下：