一种聚(2?氨基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种聚(2?氨基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法，称取聚(2?氨基噻唑)，加入二甲基乙酰胺和乙醇，磁力搅拌；称取醋酸纤维素，加入丙酮，磁力搅拌；将上述两种溶液混合，进行超声，并磁力搅拌使其混合均匀，即可获得聚(2?氨基噻唑)和醋酸纤维素的混合纺丝液；将获得的混合纺丝溶液转移至静电纺丝装置的注射器中，设置一定的参数，采用溶剂环流，用铝箔纸收集得到的纤维复合膜，将其放置在真空干燥箱中干燥，得到聚(2?氨基噻唑)纳米纤维复合膜。本发明制备的聚(2?氨基噻唑)纳米纤维复合膜具有吸附速率快、选择性高、易于重复利用等优点，可以应用于对含重金属Hg(II)的废水处理。
【专利说明】
一种聚(2-氨基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料学领域，涉及一种重金属离子吸附材料，具体来说是一种聚(2-氨 基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济和社会的日益发展，人类社会对水的需求量迅速增长，与此同时，水 环境的污染问题却日益严重，尤其是重金属污染，已经严重影响人们的日常生活和身体健 康，对世界上许多国家和地区造成了严重的水资源危机。
[0003] 目前对水中重金属的处理方法主要包括:物理法、化学法和生物法。其中化学法中 的化学吸附法以其操作简单、处理周期短、去除率高、选择性好等优点而被广泛研究和应 用，也是一种非常有效和具有发展前景的处理方法。吸附法最重要的部分就是吸附剂，作为 良好的吸附剂应具备以下特点：制备工艺简单方便、有较大的比表面积、再生容易、对吸附 质有优越的选择吸附性、不与吸附质和介质发生化学反应、良好的力学性能等。有机高分子 吸附剂是近年来的研究热点，尤其是具有划时代意义的杂环导电聚合物，由于其通常富含 硫基、胺基、亚胺基等，对重金属离子具有良好的络合作用，同时胺基和亚胺基还具有还原 性，可以与氧化电位较高的重金属离子发生氧化还原反应而达到吸附目的。
[0004] 聚(2-氨基噻唑)是一种新型导电聚合物。其具有很高的氮、硫摩尔含量，所以对重 金属离子具有很好的选择性络合作用。目前可见以下研究中，利用聚（2-氨基噻唑)对水中 Hg(II)进行吸附。
[0005] 《工业与工程化学研究》（Industrial and Engineering Chemistry Research, 2016年55卷4911-4918页)报道了用聚（2-氨基噻唑)粉末为吸附剂进行的Hg(II)吸附研究。 作者首先使用CuCl 2 · 2H20为氧化剂、水为溶剂经化学氧化法制备了聚(2-氨基噻唑），然后 应用于对水中Hg(II)的吸附。但是，粉末状材料难以循环利用。
[0006] 高压静电纺丝技术，简称静电纺丝或电纺，是一种利用高压电场力制备纳米纤维 的方法。目前，通过此技术已经实现了直径由几纳米到数百纳米范围内多种不同聚合物纳 米纤维膜和聚合物/无机物复合纳米纤维膜的制备。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种聚(2-氨基噻唑)纳米纤维复 合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008] 1)称取聚（2-氨基噻唑），加入二甲基乙酰胺和乙醇，磁力搅拌20~30h;聚（2-氨基 噻唑）、二甲基乙酰胺和乙醇的物料比为0.1~0.4g: 2ml: 2ml;
[0009] 2)称取醋酸纤维素，加入丙酮，磁力搅拌20~30h;醋酸纤维素和丙酮的物料比为 1.44g:8ml，将上述两种溶液混合，步骤1和步骤2)获得的溶液的体积比为4:8;进行超声，并 磁力搅拌使其混合均匀，获得聚(2-氨基噻唑)和醋酸纤维素的混合纺丝液；
[0010] 3)将获得的混合纺丝溶液转移至静电纺丝装置的注射器中，采用溶剂环流，设置 参数，纺丝液流速为1.5mL/h，溶剂流速为0.5mL/h，接收距离为15cm，所加电压为15kV;
[0011] 4)用铝箱纸收集聚(2-氨基噻唑)复合纳米纤维，并在真空干燥烘箱中干燥。
[0012] 进一步的，所述的聚（2-氨基噻唑）、二甲基乙酰胺和乙醇的物料比为0.1 g: 2ml: 2ml 〇
[0013] 进一步的，所述的溶剂为二甲基乙酰胺，乙醇和丙酮的混合溶剂，其体积比为2ml: 2ml:8ml〇
[0014] 本发明的内容中，所述的静电纺丝装置可以采用名称为"一种溶剂环流静电纺丝 装置"、中国专利申请号为201010534832.3、公开号为CN101979726A的说明书中记载的溶剂 环流静电纺丝装置。
[0015] 本发明利用静电纺丝技术来制备新型重金属离子吸附剂聚（2-氨基噻唑）的纳米 纤维膜。本发明制备的纳米纤维膜状吸附剂材料，不但能赋予吸附材料较大的表面积，而且 便于吸附材料的循环利用。
[0016] 本发明和已有技术相比，其技术进步显著。本发明制备的聚（2-氨基噻唑）纳米纤 维复合膜具有吸附速率快、选择性高、易于重复利用等优点，可以应用于对含重金属Hg(II) 的废水处理。
【附图说明】
[0017]图1是聚（2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜SEM(图a-e分别对应聚（2-氨基噻唑）和实 施例1到4中制备的纳米纤维膜）。通过对比发现，在相同条件下，添加 O.lg聚（2-氨基噻唑） 形成的纺丝纤维更加均匀，并且聚（2-氨基噻唑)颗粒能够很好地附着在纤维表面，从而形 成更大的比表面积，有利于后续的重金属离子吸附的研究。
[0018] 图2为实施例5中聚（2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜吸附前后的SEM图。从图中可以 看出，吸附后的纤维复合膜表面变得粗糙，其纤维杂乱，缠绕不均匀。这是因为纤维复合膜 浸入水溶液后，与重金属离子发生反应，改变了纤维复合膜的形貌。
[0019] 图3为实施例5中聚(2-氨基噻唑)纳米纤维复合膜吸附后的能谱图。由图中的数据 分析可知，复合膜整体表面汞的含量达到16.4%，说明纤维复合膜对汞离子具有显著的吸 附。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合实施例，对本发明所涉及的聚(2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜的制备方法 做进一步说明。
[0021] 实施例1:
[0022] 本实施例所涉及的聚(2-氨基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法包括以下两步：
[0023] 1)称取氯化铜/去离子水体系、氧化剂单体摩尔比为1:10合成的聚（2-氨基噻唑） O.lg，加入2ml二甲基乙酰胺和2ml乙醇，磁力搅拌24h;
[0024] 2)称取1.44g的醋酸纤维素(CA)，加入8ml丙酮，磁力搅拌24h;
[0025] 3)将上述两种溶液混合，进行超声，并磁力搅拌使其混合均匀，即可获得聚（2-氨 基噻唑)和醋酸纤维素混合纺丝液；
[0026] 4)将获得的混合纺丝溶液转移至静电纺丝装置的注射器中，采用溶剂环流，设置 参数:纺丝液流速为1.5mL/h，溶剂流速为0.5mL/h，接收距离为15cm，所加电压为15kV，用铝 箱纸收集复合纳米纤维。通过SEM观察其形貌，其纤维表面较为平滑，形貌较为均一。
[0027] 实施例2:
[0028]参照实施例一中步骤a和步骤b的操作，称取聚(2-氨基噻唑)0.2g，其他保持不变， 得到聚(2-氨基噻唑)复合纳米纤维。
[0029] 实施例3:
[0030] 参照实施例一中步骤a和步骤b的操作，称取聚(2-氨基噻唑)0.3g，其他保持不变， 得到聚(2-氨基噻唑)复合纳米纤维。
[0031] 实施例4:
[0032] 参照实施例一中步骤a和步骤b的操作，称取聚(2-氨基噻唑)0.4g，其他保持不变， 得到聚(2-氨基噻唑)复合纳米纤维。
[0033] 实施例5:
[0034] 选取实施例一中的聚（2-氨基噻唑）复合纳米纤维膜用于以下重金属离子的吸附 实验。
[0035]吸附实验测试方法为：称取10mg实施例一所得的聚（2-氨基噻唑）复合膜，置于 100ml锥形瓶中，加入47.5ml pH值为6.5的HAc-NaAc缓冲溶液，浸泡一段时间，待聚合物分 散均匀后，加入2.5ml的版(11)标液，室温下磁力搅拌至吸附平衡。吸附容量计算公式为：
[0036]
[0037] 式〒：y-吸附刑的吸附量，mg/g; Co-金属离子的初始浓度，mg/L; Ce-平衡浓度， mg/L; W-吸附剂的质量，g; V-金属离子溶液的体积，mL。
[0038] 吸附平衡后测得的饱和吸附量为137.80mg/g。
[0039] 解吸实验测试方法为:将上述吸附实验中吸附平衡后的复合膜取出，用去离子水 洗涤2~3次，50°C下烘干。将烘干后复合膜转移至100mL锥形瓶中，加入50mL 2mol/L的HN〇3 作为解吸剂，在室温下磁力搅拌至解吸平衡后再次测定溶液中重金属离子的浓度(Cd)，计 算解吸效率。解吸效率(E% )可按下式计算：
[0040]
[00411式中：Co-金属离子的初始浓度，mg/L;Ce-平衡浓度，mg/L; V-原金属离子溶液的 体积，mL; Vd -解吸剂的体积，mL; Cd-解吸平衡后溶液中金属离子的浓度，mg/L。
[0042] 解吸附平衡后测得解吸效率为91.6%。
[0043] 综上所述，通过静电纺丝技术，制备了聚(2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜，该纳米纤 维复合膜对水中的重金属Hg(II)具有良好的吸附和解吸附能力。
【主权项】
1. 一种聚(2-氨基噻唑)纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 称取聚（2-氨基噻唑），加入二甲基乙酰胺和乙醇，磁力搅拌20~30h;聚（2-氨基噻 唑）、二甲基乙酰胺和乙醇的物料比为0.1~〇.4g:2 ml:2 ml; 2) 称取醋酸纤维素，加入丙酮，磁力搅拌20~30 h;醋酸纤维素和丙酮的物料比为1.44 g:8 ml， 3) 将上述两种溶液混合，步骤1和步骤2)获得的溶液的体积比为4:8;进行超声，并磁力 搅拌使其混合均匀，获得聚(2-氨基噻唑)和醋酸纤维素的混合纺丝液； 4) 将获得的混合纺丝溶液转移至静电纺丝装置的注射器中，采用溶剂环流，设置参数， 纺丝液流速为1.5 mL/h，溶剂流速为0.5 mL/h，接收距离为15 cm，所加电压为15 kV; 5) 用铝箱纸收集聚(2-氨基噻唑)复合纳米纤维，并在真空干燥烘箱中干燥。2. 根据权利要求1所述的一种聚（2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在 于:所述的聚(2-氨基噻唑）、二甲基乙酰胺和乙醇的物料比为0.1g:2 ml:2 ml。3. 根据权利要求1所述的一种聚（2-氨基噻唑）纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在 于:所述的溶剂为二甲基乙酰胺，乙醇和丙酮的混合溶剂，其体积比为2 ml: 2 ml: 8ml。
【文档编号】D04H1/4382GK106048891SQ201610548732
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】王霞, 邹华, 余灯广, 吕鹏飞, 吴迪
【申请人】上海理工大学