[发明专利]芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于气凝胶技术领域，具体的涉及一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法。所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40‑60份、二硫化钨0.1‑1份；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1‑10mg/ml。本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以芳纶纳米纤维作为基体加载二硫化钨纳米片，气凝胶具有三维立体多孔网状结构，密度低，比表面积大，孔隙度高，保留了芳纶纳米纤维良好的热稳定性、压缩性能，同时，二硫化钨纳米片表面产生的静电引力以及硫与重金属离子之间的软软相互作用增强了气凝胶对重金属离子的吸附能力，为吸附法去除重金属离子提供了一种新的吸附材料。

技术领域

本发明属于气凝胶技术领域，具体的涉及一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶及其制备方法。

背景技术

芳纶，美国杜邦公司20世纪60年代研制的一种纤维材料，由于其结构中酰胺键与苯环存在π–π共轭结构，以及分子链间的氢键和范德华力，因而具有高强度、高模量和良好的热稳定性和化学稳定性。而芳纶纳米纤维则兼具纳米物质和芳纶纤维的双重优势，即拥有比表面积大，小尺寸效应等纳米物质的特殊性能，也继承了芳纶纤维的优良力学性能和热稳定性。目前，芳纶纳米纤维已成为一种新型的构建块，用于复合材料的增强改性，提升材料的性能，但在吸附材料方面的应用较少。

在水体重金属离子污染治理方面，由于硫给体原子和硫基团可作为电子给体与重金属离子实现强软-软相互作用，因此，硫化物基团功能化纳米颗粒、纳米片及其杂化纳米材料被认为是一类对金属离子具有强大亲和力的有前途的吸附剂。目前，WS₂作为一种典型的过渡金属硫化物，广泛应用于光催化、润滑剂、光电检测器等领域，而二维二硫化钨较大的比表面积和丰富的硫原子能提供更多的活性位点，有望对重金属离子具有出色的吸附能力。

简言之，目前尚未有相关研究将芳纶纳米纤维与二硫化钨的优势相结合，制备吸附材料，用于气凝胶的制备。

发明内容

本发明的目的是：提供一种芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶。所述的气凝胶具有较好的化学稳定性、热稳定性和吸附性能；本发明同时提供了其制备方法。

本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液40-60份、二硫化钨0.1-1份；芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml。

其中：

优选的，本发明所述的芳纶纳米纤维/二硫化钨气凝胶，以重量份数计，包括以下原料：芳纶纳米纤维分散液50份、二硫化钨0.5份。

所述二硫化钨为市售商品，纯度≥99.9％，粒径≤25μm。

所述的芳纶纳米纤维分散液的制备方法，由以下步骤组成：

(1)用乙醇清洗短切芳纶纤维，然后于40-100℃干燥1-2h；

(2)依次将烘干后的短切芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和超纯水加入反应容器中，密封，于300-800r/min的转速下磁力搅拌6-8天，制备得到芳纶纳米纤维分散液。

其中：

步骤(1)中所述的短切芳纶纤维的长度为3-50mm，直径为0.2-0.25mm。

步骤(1)中所述的采用乙醇清洗短切芳纶纤维3-4次，去除表面杂质。

步骤(2)中所述的二甲基亚砜与超纯水的体积比为25-30:1，优选25:1。

步骤(2)中所述的氢氧化钾与二甲基亚砜和超纯水混合溶液的质量体积比为1-1.5:200。

步骤(2)中制备得到的芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1-10mg/ml，优选5mg/ml。