[发明专利]PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备及在吸附铬离子中的应用

说明书

本发明提供了一种PEI‑PAN‑Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备方法，首先通过静电纺丝制备PEI‑PAN纳米纤维膜，然后通过化学聚合的方法将聚吡咯沉积到其表面得到核壳结构纳米纤维膜，制备简单，成本低，具有大的比表面积。在核壳结构中，PEI‑PAN纳米纤维膜为核，主要起到支撑作用，聚吡咯为壳，是纳米纤维膜的功能化部分。核结构中引进了存在大量强反应性胺基的聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与聚吡咯结合使得核壳结构纳米纤维膜具有优异的吸附性能，用于吸附废水中的Cr⁶⁺时，吸附容量高，容易与水分离，为水溶液中重金属离子的去除提供了新思路。

技术领域

本发明涉及一种PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备方法，该核壳结构纳米纤维膜主要用于吸附水溶液中的铬离子，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

聚吡咯（Ppy）作为导电聚合物之一，具有制备方便、电导性可调、生物相容性好、环境稳定性好等特性，因此在生物检测、超级电容器、抗静电材料和微电子设备、电池电极等许多领域都应用广泛。且Ppy具有丰富的含氮官能团，具有从水溶液中去除各种重金属离子和染料的能力。

聚丙烯腈（PAN）由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。主要用于制聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维的优点是耐候性和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77 %。它还耐化学试剂，特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。聚乙烯亚胺（PEI）分子中拥有大量伯氨、仲胺和叔胺基，同样具有从水溶液中去除对重金属离子的能力。

纤维材料越来越受到重视，因为它们更容易与水分离，并且比传统的粉末或珠状吸附剂更容易与水分离，而且显示更高的去除效率。静电纺丝是一种在微尺度和纳米尺度上生产纤维的有前途的技术，通常所制备的纳米纤维膜具有较大的比表面积和可以调节的孔径，被广泛的应用于废水处理中。

发明内容

本发明的目的是提供一种PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备方法；

本发明的另一个目的是提供上述核壳结构纳米纤维膜在吸附水溶液中的铬离子的应用。

一、PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备

本发明PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯亚胺和聚丙烯腈分别溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶液中得到聚乙烯亚胺溶液和聚丙烯腈溶液，将聚乙烯亚胺溶液和聚丙烯腈溶液混合进行静电纺丝，50~60℃干燥后得到PEI-PAN纳米纤维膜。其中，所述聚丙烯腈溶液的重量分数为8~10%；所述聚乙烯亚胺溶液的质量分数为35~45%；所述聚丙烯腈溶液和聚乙烯亚胺溶液以8:1~10:1的体积比混合；静电纺丝条件：电压：19 kV；接收距离：15 cm；注射速度：0.003 mm/s。

（2）将PEI-PAN纳米纤维膜和吡咯单体加入水中搅拌均匀，再加入三氯化铁溶液进行化学聚合，50~60℃下干燥，得到PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜。其中，所述吡咯单体与PEI-PAN纳米纤维膜的质量比为50:1~125:1；所述三氯化铁溶液的浓度为0.08~0.1g/mL；所述吡咯单体与三氯化铁的质量比为1:1~1:3；所述化学聚合是在0~4℃下聚合6~10h。

二、PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的结构

下面通过扫描电镜图、沉积照片对本发明所制备的PEI-PAN-Ppy核壳结构纳米纤维膜的结构进行分析说明。

1、扫描电子显微镜图像分析