[发明专利]一种纳米蛛网纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米蛛网纤维膜的制备方法，具体的是二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米蛛网纤维膜的制备方法。将模板剂聚乙烯吡咯烷酮溶于无水乙醇得到有机聚合物模板，然后将钛酸异丙酯加入作为钛源，该过程加入乙酸作为钛酸异丙酯水解抑制剂，从而得到纺丝原料液；将上述纺丝液加入到静电纺丝装置中进行静电纺丝，制得二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米蛛网纤维膜。本发明制备方法过程简单，制得的二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纤维膜具有纳米蛛网结构，与普通静电纺丝纤维膜相比，其纤维直径更小，纤维膜孔径更小、孔隙率更高。在空气过滤与污染物催化降解领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米蛛网纤维膜的制备方法，特别涉及二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米蛛网纤维膜的制备过程，属于纳米材料技术领域。

背景技术

随着我国工业化和城镇化的高速发展,空气污染问题依然是严峻影响人们追求幸福美好生活的一个重要问题,对人们的身体健康造成了不可逆转的伤害。因此如何有效治理大气中颗粒污染问题是一项关乎民生的重大课题。传统的过滤材料是基于玻璃纤维或熔喷非织造布进行制造的，其对尺寸在微米级以上的颗粒物具有较好的过滤效果,但对亚微米甚至纳米级颗粒物的过滤效率较差,并且存在过滤阻力大、容尘量小、使用寿命短等问题,因此,开发一种新型高效低阻空气过滤材料尤为必要。

静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、内部孔隙连通性好等特点,对1～2um的颗粒有过滤作用,甚至高效的空气过滤膜能过滤1μm以下的固体颗粒，是制备高性能滤膜的理想材料。然而常规静电纺丝制得的纤维直径大多分布在几百纳米，并不是真正的纳米材料，依然存在过滤效率偏低、阻力压降大等问题,难以满足精细过滤的需求。纳米级蛛网是通过静电喷网技术获得的一种新颖纤维结构,其以静电纺纤维为支架,形成了类似于蜘蛛网形态的二维网状纤维膜材料，网中纤维的平均直径可达50nm以下,比普通静电纺丝纤维低一个数量级,且大多数网孔以稳定的六边形结构存在，赋予了材料更大的比表面积、突出的吸附性能等，在空气过滤领域具有极大的应用潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种有机无机复合纳米蛛网结构纤维膜的制备方法，可有望拓展纳米蛛网纤维结构的应用领域。

为了达到上述目的，本发明提供了一种二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米蛛网纤维膜的制备方法，其具体步骤如下：

S1、将高分子量(M_W＝1300000)的聚乙烯吡咯烷酮溶解在无水乙醇中，搅拌均匀后得到无色透明溶液A；在本步骤中，乙醇作为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮的作用是作为模板剂增加纺丝液的黏度，有利于形成连续的纤维，这也是通过静电纺丝技术制备纳米纤维的一个必要条件。

S2、向溶液A中加入一定量的钛酸异丙酯作为钛源，同时加入适量的乙酸作为络合剂，抑制钛酸异丙酯的快速水解，搅拌均匀后得到淡黄色透明的纺丝溶液。在这个步骤中，通常可以考虑先加入乙酸已达到更好的效果。

S3、将纺丝溶液装入5ml的注射器内，以无纺布作为接收基材，调节合适的推注速度、工作电压、接收距离等进行纺丝，接收一定时间后，在无纺布基材上得到一张具有一定厚度的纤维膜。

S4、将得到的纤维膜置于60℃烘箱内干燥12个小时以去除未挥发的溶剂从而得到二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米蛛网纤维膜。

优选地，所述的S1中，聚乙烯吡咯烷酮和乙醇溶剂的质量比为1:4～1:7。

优选地，所述的S2中，钛酸异丙酯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为2.7～2.9。乙醇与乙酸的体积比为10～15，搅拌时间在6h以上。

优选地，所述的S3中，静电纺丝过程的工艺参数为：推注速度0.5～1.5mL/h，接收距离为17～25cm，接收速度为60～100r/min，平移速度为100mm/min。环境条件控制在温度为28±2℃，湿度为50±3％。