[发明专利]一类基于β-环糊精和电纺聚丙烯腈的交联聚合物的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一类基于β‑环糊精和电纺聚丙烯腈的交联聚合物的制备方法及应用。这一类材料的制备方法主要是将β‑环糊精和酰氯化合物界面交联在静电纺丝聚丙烯腈/二氧化钛(PAN/TiO₂)纳米纤维膜上形成交联聚合物，得到阳离子选择性过滤效率高且可光催化再生的交联聚合物材料。本发明的优点是：制备方法简单，条件温和，成本较低，本发明的静电纺丝基底制造设备简单，可纺高分子种类繁多，工艺可控，形貌可调，还可以在静电纺丝液中加入功能性纳米颗粒。所得交联聚合物膜具有很高的阳离子染料选择性过滤效率，并且具有很好的光催化再生效果，利于重复使用，交联聚合物膜在染料选择性分离和废水处理等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及到一种在静电纺丝界面交联聚合环糊精的技术。尤其是β-环糊精和酰氯化合物界面交联在静电纺丝聚丙烯腈/二氧化钛(PAN/TiO₂)纳米纤维膜上形成交联聚合物的构筑方法，及其在阳离子染料选择性过滤领域的应用。在此技术中，静电纺丝基底形貌在阳离子染料选择性过滤及光催化交联聚合物膜再生过程中发挥着十分重要的作用。

背景技术

染料废水进入环境水域后很难自然降解，从而导致各种环境问题，并对人类和其他生物的健康构成巨大威胁。膜分离技术作为一种有效的分离，浓缩和纯化技术，现已广泛用于水处理中。然而，这种方法的缺点是成本高并且存在严重的膜污染现象，多孔膜表面污染是制约膜技术广泛应用的瓶颈。过滤染料后，通常通过用有机溶剂洗涤来再生膜以便于重复使用，该过程不仅浪费有机溶剂，而且使染料进入有机溶剂中，如果处理不当，染料很可能会再次进入环境并造成二次污染。因此，创新的膜表面结构控制方法和制备自清洁分离膜具有重要的理论意义和应用价值。自洁膜可响应环境，磁场，温度和光的变化而引起水通量和表面特性的变化。在各种刺激响应材料中，光催化材料已引起广泛关注。其中，二氧化钛由于其良好的催化作用，良好的化学稳定性，低成本和无毒性，已成为最有潜力的催化剂之一。另一方面，已知大环化合物能够包封尺寸匹配的其他化合物形成主-客体复合物。之前报道的一种高比表面积的β-环糊精聚合物，将β-环糊精与刚性芳族基团交联而获得，可有效吸附多种污染物，包括简单的芳烃，药物，农药，塑料成分和挥发性有机化合物。然而固体粉末不易回收再利用，所以制备大环交联聚合物膜具有重要的意义。而把界面聚合和静电纺丝技术结合起来有望成为制备复合纳米过滤膜的一种很好的通用方法。因为静电纺丝基底的结构和性能可通过表面改性，调节电纺丝参数以及添加功能纳米粒子到纺丝溶液中而调节。为此，我们通过改变PAN浓度和纺丝方向，在不同形态的聚丙烯腈(PAN)电纺纳米纤维基底上界面聚合β-环糊精和四种交联剂，研究了基底形貌对染料去除的影响。值得注意的是，β-环糊精和电纺聚丙烯腈的交联聚合物可以在光照下有效降解吸附在膜上的染料，从而成为自清洁和可再生的膜材料。这种通过将大环化合物交联聚合在静电纺丝纤维上形成复合膜的方法为吸附过滤材料的发展提供了一种新的思路，同时也为自清洁膜材料在分子的选择性分离及水处理等领域的潜在应用提供了一种新的可能。

发明内容

本发明的目的是针对上述水处理存在的问题，利用静电纺丝基底和环糊精界面聚合提供了一种简单有效的染料选择性过滤的自清洁体系及其构筑方法，由该方法所构筑的过滤体系由于基底形貌的不同而具备不同的过滤效率，如直径小的电纺PAN基底得到的交联聚合复合膜比直径大的电纺PAN基底得到的交联聚合复合膜过滤效率高，取向PAN基底得到的交联聚合复合膜比随机PAN基底得到的交联聚合复合膜过滤效率高。

本发明的技术方案如下：

一类基于β-环糊精和电纺聚丙烯腈的交联聚合物，其特征在于，以PAN/TiO2纳米纤维膜作为界面交联的基底，将β-环糊精和酰氯化合物界面交联在基底上，形成聚合物复合膜。

本发明进一步公开了β-环糊精和电纺聚丙烯腈的交联聚合物的制备方法，其特征包括以下方面：

(1)静电纺丝基底的制备方法；

(2)交联聚合物复合膜的制备方法。