[发明专利]一种富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法

说明书

一种富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法，属于纤维膜制备领域。该富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法为：以1,4‑二氨基苯和3，3’，4，4’‑联苯四甲酸二酐为原料，配置纺丝原液聚酰胺酸，加入玉米醇溶蛋白溶液混合后，进行静电纺丝，将得到的玉米醇溶蛋白‑聚酰胺酸纳米纤维膜，进行阶梯升温聚酰亚胺化，再进行高温煅烧，去除玉米醇溶蛋白形成多孔的同时进行富氮，得到富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜。该方法实现了多孔和富氮的同步制备，而氮的配位作用，能够对酸性化合物具有很强的吸附能力，且氮能和很多金属有协同作用，可以将金属吸附在富含氮的纤维中，制备的纤维膜在过滤、吸附以及质子交换膜等领域应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及纤维膜制备技术领域，具体涉及一种富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类高分子聚合物，是一种性能优良的特种工程塑料，也是迄今为止耐热性最高的高分子材料之一。聚酰亚胺因其具有优异的力学性能和耐热性能、相对较大的比表面积(1～10m²/g)、高孔隙率，在高温过滤、环保、锂离子电池隔膜、医疗卫生方面有着巨大的应用前景，广泛应用于航空航天、电池隔膜、分离膜、电子电力、精密机械等高新技术领域。然而，在过滤、电池隔膜、防护服等方面的应用领域，对材料的比表面积和孔隙率提出了更高的要求，而传统方法制备的PI纳米纤维膜虽然强度满足，但其比表面积和孔隙率还不能够达到应用要求，并且只能作为一种材料使用，多孔材料的应用范围很广泛，目前是一种研究热点。尤其是富集氮的多孔材料(富氮类多孔材料)，氮与金属之间会有协同作用，可以利用多孔材料进行金属的吸附，含氮量越高，吸附金属的量也就越多。

目前，多孔材料的制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、模板法、刻蚀法、水热合成法和静电纺丝法。溶胶-凝胶法和水热合成法会造成原料的浪费，而且制备的孔洞偏少，比表面积不高。利用沉淀法得到多孔材料后还需要处理废水，会对环境造成污染，制备过程以及后续处理需要购买相关设备，成本较高。刻蚀法会造成有机溶剂的浪费且有毒性，而且在制备过程中孔洞容易塌陷，从而孔洞会消失。静电纺丝制备的聚酰亚胺结构具有刚性，可以很好的保护孔结构不会塌陷，从而保证得到多孔的纳米纤维。

静电纺丝技术是一种新型的连续制备纳米纤维的技术，制备的纤维直径可以达到几微米到几纳米不等。通过静电纺丝技术制备出的纳米纤维直径更加细小均一、纤维线密度和比表面积更大、界面性能和吸附性能也更优异。而且静电纺丝法操作简便、成本低且对环境污染小，是目前非常热门的制备纳米纤维的方法之一。

通过现有研究，静电纺丝制备多孔材料可以分为自发成孔和后处理成孔，而自发成孔虽然方法简单，但是成孔孔径大小和孔分布不受控制，因此，后处理成孔成为主要制备方法，后处理成孔目前有洗涤、高温煅烧、热处理等一系列方法。高温煅烧的方法都是加一些颗粒，这些物质在高温煅烧分解后，形成孔洞，对于静电纺丝制备的聚酰亚胺，如果在其中加入纳米颗粒，煅烧后则可以得到多孔材料。然而，这种方法也有一定的缺陷，这里加入纳米颗粒的分解温度与基底材料的玻璃化转变温度以及分解温度满足一定的关系才行。当选取颗粒的分解温度要在基底材料的玻璃化转变温度以及分解温度之间时才能得到多孔材料，否则会造成孔塌陷或者基底材料分解。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法，该制备方法以玉米醇溶蛋白和聚酰亚胺原料的纺丝液混合，以单轴静电纺丝，得到的纳米纤维膜进行酰胺化，再进行煅烧，玉米醇溶蛋白除去，蛋白中富含的氮被富集在聚酰亚胺纳米纤维中，氮的配位作用，能够对酸性化合物具有很强的吸附能力，并且氮能和很多金属有协同作用，从而可以将金属吸附在富含氮的纤维中，选择玉米醇溶蛋白是因为蛋白质中氮元含量高，玉米醇溶蛋白去除率越高，孔洞就越多，富集的氮含量也会越高，从而对金属的吸附作用也就越强。并且本发明通过多孔和富氮过程一步进行，从而简化制备工艺流程。

本发明的一种富氮类多孔聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配置静电纺丝原液