[发明专利]一种自支撑芳纶纳米纤维增强型皮纤维多孔膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自支撑芳纶纳米纤维增强型皮纤维多孔膜材料及其制备方法，其制备过程即是首先将废弃皮纤维经干燥、粉碎并分散得到均匀的皮纤维悬浊液，接着加入芳纶纳米纤维反应一定时间后，将所得产物过滤、洗涤，最后将在含硅烷偶联剂的有机溶剂溶液中浸泡，经洗涤、干燥后制得一种自支撑芳纶纳米纤维增强皮纤维多孔膜材料。本发明制备方法简单、易于操作，且原材料来源广泛、安全环保；芳纶纳米纤维均匀分散在皮纤维基体中与之稳定结合而起到增强增韧皮纤维多孔膜材料的作用，使得皮纤维多孔膜材料具有较好的自支撑性能、力学性能和天然多孔性，以及表现出显著的疏水性能和疏水稳定性。

技术领域

本发明属于废弃皮纤维资源高值化利用领域，涉及一种自支撑芳纶纳米纤维增强型皮纤维多孔膜材料及其制备方法。

背景技术

动物皮胶原资源是一种重要而丰富的可再生生物质资源，在制革、食品和医药等行业中具有重要的工业利用价值。其中，制革是利用化学改性和物理操作将皮胶原高效转变成具有使用性能和经济价值产品的主要途径。然而，在鞣前准备工段中的灰皮剖层和鞣后湿工序中的坯革削匀等制革加工过程多产生大量的固体废弃物，其主要成分是皮纤维。若将这些制革固体废弃物直接丢弃，不仅容易产生大量的环境污染问题，而且还会造成严重的资源浪费。因此，如何实现制革过程中固体废弃物资源化利用一直以来受到国内外研究者的广泛关注。

近年，以皮纤维为基体的纤维多孔膜材料因其具有独特的多尺度结构特征和优异的吸附能力、低成本、可重复使用和可生物降解的优势，被广泛用于环境处理等领域。其中，很多研究者针对皮纤维多孔膜材料自身存在成膜性能和疏水性差的缺陷和不足，围绕利用皮纤维丰富的活性基团和天然多尺度结构特征开展了一系列有益的探索性工作。目前，已有一些专利对皮纤维膜材料进行了公开。如专利CN113244793A公开了一种耐用高通量乳液分离膜材料的制备与应用，即利用金属有机框架材料负载于皮纤维而制得一种耐用高通量乳液分离膜材料，具有耐有机溶剂、耐酸碱、抗紫外等优异的化学稳定性和优异的乳液分离性能；专利CN108704490A公开了一种乳液分离超疏水皮纤维膜的制备方法及其应用，即通过引入碳纳米管至皮纤维膜而得到具有微-纳结构的皮纤维膜，具有分离效率高、通量大、可重复使用性能好等优点。然而，这些皮纤维膜材料在制备过程中存在着皮纤维改性材料（特别是纳米材料）在皮纤维基体中分散性有限且它们之间相容性差等问题，导致皮纤维膜力学性能差、疏水性能有限，同时制备工艺复杂、原料成本较大以及会产生二次污染等问题。因此，有待开发高效简便、性能优异的改性方法来解决上述皮纤维膜制备过程中存在的缺陷和不足。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种自支撑芳纶纳米纤维增强型皮纤维多孔膜材料及其制备方法，即利用芳纶纳米纤维高强度、高模量和耐酸碱等特点增强增韧皮纤维多孔膜材料以提高其力学性能，在保持皮纤维天然多尺度和多孔结构基础上，有效地结合硅烷偶联剂疏水改性策略来改善皮纤维多孔膜材料的疏水性能和疏水稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自支撑芳纶纳米纤维增强型皮纤维多孔膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将废弃皮纤维经干燥、粉碎为10～150 目的颗粒，并加入去离子水中分散20min，得到均匀的皮纤维悬浊液；

（2）向上述悬浊液中加入芳纶纳米纤维，保持芳纶纳米纤维与皮纤维的质量比为（0.05～0.2）：1，于25 ℃搅拌2 h，调节悬浊液pH值为4.0～6.0，所得产物过滤后经去离子水洗涤；

（3）在含硅烷偶联剂的有机溶剂溶液中浸泡2 h后，经无水乙醇洗涤，干燥24 h后即制得自支撑芳纶纳米纤维增强皮纤维多孔膜材料；

所述废弃皮纤维是经栲胶、戊二醛、有机膦盐中任意一种鞣制后坯革削匀所得皮纤维；

所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙氧基甲基硅烷中的任意一种；