聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法。它先將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后待其反應，得到反應液，再收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理，得到復合聚苯胺粉末，之后，先使用復合聚苯胺粉末和乙醇水溶液配制復合聚苯胺乙醇水溶液后，將其緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得由納米纖維組成的蓬松網(wǎng)絡(luò)狀的目的產(chǎn)物；其中，薄膜的厚度≥0.8μm，由聚苯胺和鹽酸構(gòu)成的納米纖維的直徑為50～100nm。它的品質(zhì)一致、且具有更大的比表面積，適于規(guī)?；途G色環(huán)保生產(chǎn)，可廣泛地應用于環(huán)境大氣中對氨氣濃度的監(jiān)測。
【專利說明】
聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維薄膜的制備方法，尤其是一種聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氨氣(NH3)廣泛存在于自然界和人們的生活環(huán)境中，如工業(yè)固氮反應會生成大量的氨氣、混凝土的填料在高溫時會釋放氨氣、廚房衛(wèi)生間也會釋放產(chǎn)生氨氣。氨氣氣體毒性較強，具有強烈的臭味，吸入少量的氨氣，會刺激人的呼吸道粘膜和眼睛，大量的吸入會嚴重損害人的呼吸道和眼睛，甚至導致死亡。因此，對氨氣的快速識別、在線跟蹤檢測和監(jiān)測就顯得十分重要。近期，人們?yōu)榱双@得對氨氣的探測性能更優(yōu)的傳感器，做出了各種努力，如題為“Polyaniline Nanofiber Gas Sensors:Examinat1n of Response Mechanisms，，，NANO LETTERS，2004 ,Vol.4,N0.3,491-496 ( “聚苯胺納米纖維氣體傳感器:響應機理測試”，《納米快報》，2004年第4卷第3期第491?496頁)的文章。該文中提及的氨氣傳感器為薄膜狀，其由摻雜鹽酸的聚苯胺納米纖維組網(wǎng)構(gòu)成;制備方法采用界面聚合法和滴涂法，具體步驟為先對溶有鹽酸和氧化劑的水相、溶有苯胺單體的油相使用界面聚合法得到鹽酸摻雜態(tài)聚苯胺納米纖維，再將鹽酸摻雜態(tài)聚苯胺納米纖維溶于六氟異丙醇(HFIP)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中后，對其溶液使用0.2μπι的濾膜進行抽濾，得到濾液，之后，將濾液滴于電極基底上后干燥，獲得產(chǎn)物。這種產(chǎn)物雖可作為探測氨氣的傳感器，然其和制備方法均存在著不足之處，首先，構(gòu)成產(chǎn)物的納米纖維網(wǎng)不均勻，致使產(chǎn)物之間差異較大，從而使其探測氨氣的性能難以保持一致;其次，滴涂的制備方法既不能保證產(chǎn)物品質(zhì)的一致性，又只適用于小批量的制作，還需使用有毒的有機溶劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種品質(zhì)一致、適于規(guī)?；途G色環(huán)保生產(chǎn)的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法。
[0004]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法包括界面聚合法，特別是主要步驟如下，
[0005]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:1?50:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液，再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為1:0.8?1.2的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于20?30°C下反應至少20h，得到反應液；
[0006]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理，得到復合聚苯胺粉末，再按照復合聚苯胺粉末和40?60vol%的乙醇水溶液的重量比為1.8?2.2:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液；
[0007]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:4.8?5.2的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得聚苯胺納米纖維薄膜；
[0008]所述聚苯胺納米纖維薄膜由納米纖維組成蓬松網(wǎng)絡(luò)狀，其中，薄膜的厚度20.8μm，納米纖維由聚苯胺和鹽酸構(gòu)成，其直徑為50?lOOnm。
[0009]作為聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法的進一步改進:
[0010]優(yōu)選地，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。
[0011]優(yōu)選地，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為2000?6000r/min、時間為2?6min。
[0012]優(yōu)選地，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離。
[0013]優(yōu)選地，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于40?50°C下真空干燥20h。
[0014]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
[0015]其一，對制得的目的產(chǎn)物分別使用掃描電鏡、紅外光譜儀和X射線衍射儀進行表征，由其結(jié)果可知，目的產(chǎn)物為薄膜狀，其由納米纖維組成蓬松網(wǎng)絡(luò)狀;其中，薄膜的厚度2
0.8μ??，納米纖維由聚苯胺和鹽酸構(gòu)成，其直徑為50?lOOnm。這種由聚苯胺和鹽酸構(gòu)成的納米纖維組裝成均勻的蓬松網(wǎng)絡(luò)狀的目的產(chǎn)物，既由于納米纖維具有較大的比表面積，又因納米纖維組裝成均勻的蓬松網(wǎng)絡(luò)狀而不僅使目的產(chǎn)物間的差異得到了抑制，也使納米纖維比表面積的優(yōu)勢得以充分的發(fā)揮。
[0016]其二，將制得的目的產(chǎn)物作為氣敏元件，經(jīng)對氨氣進行不同濃度下的多次多批量的測試，當被測氨氣的濃度低至20ppm時，仍能將其有效地檢測出來，且其檢測的一致性和重復性于目的產(chǎn)物上的多點和任一點都非常的好。
[0017]其二，制備方法簡單、科學、有效。不僅制得了品質(zhì)一致的目的廣物聚苯胺納米纖維薄膜;還使其具有了更大的比表面積，從而相應地提升了探測氨氣的靈敏度;更有著適于規(guī)?；途G色環(huán)保生產(chǎn)的特點;尤為自組裝薄膜的方法保證了目的產(chǎn)物內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的一致性，為確保目的產(chǎn)物的品質(zhì)奠定了基礎(chǔ);進而使目的產(chǎn)物極易于廣泛地應用于環(huán)境大氣中對氨氣濃度的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0018]圖1是對制備方法制得的目的產(chǎn)物使用掃描電鏡(SEM)進行表征的結(jié)果之一。SEM圖像顯示出目的產(chǎn)物為薄膜狀，其由納米纖維組成蓬松網(wǎng)絡(luò)狀。
[0019]圖2是對制得的目的產(chǎn)物使用傅里葉紅外光譜(FTIR)儀進行表征的結(jié)果之一。FTIR譜圖表明目的產(chǎn)物具有聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)。
[0020]圖3是對制得的目的產(chǎn)物使用X射線衍射(XRD)儀進行表征的結(jié)果之一。XRD譜圖證實了目的產(chǎn)物由聚苯胺和鹽酸組成。
[0021]圖4是將制得的目的產(chǎn)物置于室溫中，對其進行不同氨氣濃度下的氣敏測試的結(jié)果之一。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
[0023]首先從市場購得或自行制得:
[0024]過硫酸銨;鹽酸;水;苯胺；四氯化碳;乙醇;十二烷基苯磺酸鈉。
[0025]接著，
[0026]實施例1
[0027]制備的具體步驟為:
[0028]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:1:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液;其中，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為1:0.8的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于20°C下反應24h，得到反應液。
[0029]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為2000r/min、時間為6min，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于40 °C下真空干燥20h，得到復合聚苯胺粉末。再按照復合聚苯胺粉末和40voI %的乙醇水溶液的重量比為1.8:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液。
[0030]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:4.8的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得近似于圖1所示，以及如圖2和圖3中的曲線所示的聚苯胺納米纖維薄膜。
[0031]實施例2
[0032]制備的具體步驟為:
[0033]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:13:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液;其中，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為I: 0.9的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于23°C下反應23h，得到反應液。
[0034]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為3000r/min、時間為5min，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于43°C下真空干燥20h，得到復合聚苯胺粉末。再按照復合聚苯胺粉末和45voI %的乙醇水溶液的重量比為1.9:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液。
[0035]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:4.9的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得近似于圖1所示，以及如圖2和圖3中的曲線所示的聚苯胺納米纖維薄膜。
[0036]實施例3
[0037]制備的具體步驟為:
[0038]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:25:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液;其中，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為1:1的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于25°C下反應22h，得到反應液。
[0039]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為4000r/min、時間為4min，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于45°C下真空干燥20h，得到復合聚苯胺粉末。再按照復合聚苯胺粉末和50voI %的乙醇水溶液的重量比為2:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液。
[0040]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:5的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得如圖1所示，以及如圖2和圖3中的曲線所示的聚苯胺納米纖維薄膜。
[0041 ] 實施例4
[0042]制備的具體步驟為:
[0043]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:38:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液;其中，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為I: 1.1的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于28°C下反應21h，得到反應液。
[0044]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為5000r/min、時間為3min，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于48 °C下真空干燥20h，得到復合聚苯胺粉末。再按照復合聚苯胺粉末和55vol %的乙醇水溶液的重量比為2.1:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液。
[0045]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:5.1的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得近似于圖1所示，以及如圖2和圖3中的曲線所示的聚苯胺納米纖維薄膜。
[0046]實施例5
[0047]制備的具體步驟為:
[0048]步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:50:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液;其中，配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為I: 1.2的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于30°C下反應20h，得到反應液。
[0049]步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為6000r/min、時間為2min，洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于50 °C下真空干燥20h，得到復合聚苯胺粉末。再按照復合聚苯胺粉末和60vol %的乙醇水溶液的重量比為2.2:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液。
[0050]步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:5.2的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得近似于圖1所示，以及如圖2和圖3中的曲線所示的聚苯胺納米纖維薄膜。
[0051]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法，包括界面聚合法，其特征在于主要步驟如下: 步驟I，先按照過硫酸銨、鹽酸和水的摩爾比為0.8:1?50:180的比例，配制過硫酸銨鹽酸水溶液，再按照過硫酸銨鹽酸水溶液和0.32mol/L的苯胺四氯化碳溶液的體積比為1:0.8?1.2的比例，將過硫酸銨鹽酸水溶液轉(zhuǎn)移至苯胺四氯化碳溶液的表面后，置于20?30°C下反應至少20h，得到反應液； 步驟2，先收集反應液上層的墨綠色反應液后，對其依次進行固液分離、洗滌和干燥的處理，得到復合聚苯胺粉末，再按照復合聚苯胺粉末和40?60vol%的乙醇水溶液的重量比為1.8?2.2:1的比例，配制復合聚苯胺乙醇水溶液； 步驟3，按照復合聚苯胺乙醇水溶液和2g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液的重量比為1:4.8?5.2的比例，先將復合聚苯胺乙醇水溶液緩慢滴入水中，得到鋪展于水面的復合聚苯胺，再向水中滴加十二烷基苯磺酸鈉溶液，制得聚苯胺納米纖維薄膜； 所述聚苯胺納米纖維薄膜由納米纖維組成蓬松網(wǎng)絡(luò)狀，其中，薄膜的厚度20.8μπι，納米纖維由聚苯胺和鹽酸構(gòu)成，其直徑為50?lOOnm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征是配制過硫酸銨鹽酸水溶液時，對其進行超聲30min的助溶解。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征是固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為2000?6000r/min、時間為2?6min。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征是洗滌處理為依次使用去離子水、乙醇和丙酮對分離得到的固態(tài)物進行10次的交替清洗，清洗時分離固態(tài)物為離心分離。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚苯胺納米纖維薄膜的制備方法，其特征是干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于40?50 °C下真空干燥20h。
【文檔編號】C08G73/02GK105837817SQ201610188754
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】殷長青, 段國韜, 蔡偉平
【申請人】中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院