專利名稱::功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明屬零價(jià)納米鐵粒子的制備領(lǐng)域,特別是涉及功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法。
背景技術(shù):
:隨著環(huán)境修復(fù)技術(shù)的不斷改進(jìn),各種新型修復(fù)材料的研究也越來越受到人們的關(guān)注。納米尺度的材料更是因其具有與之相對應(yīng)的本體材料完全不同的物理化學(xué)性質(zhì)而倍受各界科研人士的青睞。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,納米材料作為一種高活性吸附劑、催化劑和反應(yīng)劑在污染防治處理,特別是水污染處理方面的研究R益增多。在眾多的納米環(huán)境修復(fù)材料中,由于納米級零價(jià)鐵的比表面積大,具有優(yōu)良的表面吸附能力和化學(xué)反應(yīng)活性,使之對污染物的吸附能力和化學(xué)還原能力尤為突出。自從美國里海大學(xué)的ZhangWekian1997年利用硼氫化鈉還原鐵鹽(F^+或Fe3+)溶液的方法制備出零價(jià)納米鐵粒子,并對其有效降解三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等污染物的研究報(bào)道以來,國內(nèi)外的研究工作者對納米鐵粒子的制備,處理廢水中污染物的機(jī)理及其應(yīng)用相繼展開了廣泛而深入的研究。零價(jià)納米鐵粒子主要通過還原和吸附作用與污染物之間發(fā)生反應(yīng),從而使廢水得到凈化。零價(jià)鐵化學(xué)性質(zhì)活潑,電負(fù)性較大,電極電位為-0.44V,因此還原能力強(qiáng),一直以來被用作環(huán)境友好的還原劑。在強(qiáng)氧化劑存在時(shí),溶液中的F^+離子還能進(jìn)一歩提供額外電子而被氧化成F^+。在水體環(huán)境中,除了水和氧作受電子體外,環(huán)境中的很多污染物都可以作為受電子體與納米鐵粒子反應(yīng),從而去除水體中的有毒物質(zhì)。此外,鐵能與水發(fā)生反應(yīng)并在鐵粒子表面迅速形成一層氧氫氧化鐵(Fe(9C>//),形成殼-核結(jié)構(gòu),并根據(jù)溶液的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出類似于金屬或配位體的配位性能。吸附一些配位基如磷酸鹽、砷酸鹽等,或者與陽離子如Pb(II)形成絡(luò)合物達(dá)到去除污染物的目的?,F(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)室研究表明,納米鐵對廢水中難降解污染物,如氯代有機(jī)物,染料和重金屬離子等的處理取得了顯著的效果。經(jīng)過納米鐵粒子處理后的氯代有機(jī)物如三氯乙烯、四氯乙烯、有機(jī)氯殺蟲劑、多氯苯酚和有機(jī)染料等大都能被快速、有效地降解成無毒或低毒的碳?xì)浠衔?。一定條件下,零價(jià)納米鐵粒子與廢水中偶氮染料反應(yīng)使染料分子的偶氮鍵發(fā)生斷裂,破壞染料的發(fā)色或助色基,從而達(dá)到脫色目的。此外,用零價(jià)納米鐵處理染料廢水還可提高難生化降解的染料中間體廢水的可生化性。納米鐵粒子處理含鉻(VI)廢水一般是在酸性條件下,鐵將鉻(VI)還原為鉻(III),然后將溶液的pH值調(diào)高至中性或偏堿性,使得鉻(III)以沉淀形式析出,水質(zhì)得以修復(fù)和凈化。但是,納米鐵粒子在處理廢水中污染物的過程中,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,鐵粒子的表面會(huì)被氧化,降低了鐵粒子的反應(yīng)活性。為解決納米鐵的比表面積大,暴露在空氣中極易氧化,在表面形成鈍化層,降低反應(yīng)活性的問題,有研究者丌發(fā)了雙金屬納米粒子。現(xiàn)已報(bào)道的納米雙金屬粒子一般有納米Cu/Fe、Ni/Fe、Pt/Fe和Pd/Fe。覆蓋在納米零價(jià)鐵表面的過渡金屬催化層可阻止鐵的氧化,同時(shí)又可作為優(yōu)良的加氫催化劑,對氫有強(qiáng)吸收作用,從而大大提高了反應(yīng)速度。然而,由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和高表面自由能的作用,粒子在水體環(huán)境中很容易發(fā)生團(tuán)聚。納米鐵粒子在處理廢水污染物的過程中也遇到了同樣的問題,使得納米鐵粒子的反應(yīng)活性減小,處理污染物的效率降低。為此,增加納米鐵粒子在液體中的穩(wěn)定性能和減少粒子的團(tuán)聚發(fā)生是進(jìn)一步拓展納米鐵粒子應(yīng)用的關(guān)鍵??偨Y(jié)目前的研究,通過靜電斥力和空間位阻的作用來使粒子保持穩(wěn)定是兩種常用的方法。2004年,ZhangWei-xian申請了"分散的零價(jià)鐵膠粒"的專利(ZhangWei-xian.Dispersedzero-valentironcolloids.UnitedStates,7128841[P].2004,3,11.)。該專利報(bào)道稱,在分散劑聚甲基丙烯酸鈉或聚甲基丙烯酸銨存在的情況下,通過碾磨微米或納米級的鐵粒子(膠體)可以獲得穩(wěn)定分散的納米鐵粒子。此后,許多研究者也嘗試用各種表面活性劑或分散劑對納米鐵粒子進(jìn)行表面修飾,從而改善其在溶液中的穩(wěn)定性能。Yuan-PangSim等[Yuan-PangSun,Xiao-QinLi,Wei-XianZhang,H.PaulWang.Amethodforthepreparationofstabledispersionofzero-valentironnanoparticles[J].ColloidsandsurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2007,308:60-66.]利用可生物降解的表面活性劑聚乙烯醇-醋酸乙烯酯-衣康酸(PV3A)作納米鐵粒子的分散劑,將鐵粒子包覆在PV3A聚合物內(nèi),試驗(yàn)證明,PV3A包覆的納米鐵粒子在六個(gè)月后都沒有觀察到沉淀產(chǎn)生,有效地提高了納米鐵的分散性能。而且與水體中的污染物三氯乙烯(TCE)作用時(shí),其除污效果顯著高于常規(guī)的納米鐵粒子的處理效果。也有利用聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)、羧甲基纖維素(CMC)、活性碳、淀粉、聚合物膜等載體材料來固定納米鐵粒子,對納米鐵粒子在溶液中的分散性能起到了一定的改善作用。專利申請?zhí)枮?00610088201.7的專利"一種改進(jìn)液相還原法制備納米零價(jià)鐵粒子的方法"以聚乙烯吡咯垸酮(PVPK-30)為分散劑,采用強(qiáng)還原劑還原鐵鹽的方法制備了在溶液中分散穩(wěn)定、平均直徑為55—79nm的零價(jià)納米鐵粒子。專利"水凈化專用鐵粉"(專利申請?zhí)?00710139674.X)利用金屬納米鐵粉臨界顆粒切割生產(chǎn)工藝在一5"一15"的情在每分鐘3500—4(XK)次來生產(chǎn)飲用水處理專用納米鐵粉。該納米鐵粉可以用于清除水中的微生物、重金屬等有害物質(zhì)。但是,上述文獻(xiàn)和專利報(bào)道的這些分散劑對改善納米鐵粒子分散性盡管有一定效果,然而以粒子狀態(tài)分布在水體中的納米鐵粒子不能被有效地回收,容易造成二次污染。在最近的研究中(Huang,Q.;Shi,X.;Pinto,R.A.;Petersen,E.;Weber,W.J"Jr.TunableSynthesisandImmobilizationofZero-ValentIronNanoparticlesforEnvironmentalApplications.Environ.Sci.Technol.,Inpress),Huang等人釆用聚電解質(zhì)層層自組裝的方法,將帶負(fù)電荷的聚丙烯酸(Polyacrylicacid,PAA)和帶正電荷的聚烯丙基胺鹽酸鹽(Poly(allylaminehydrochloride),PAH)聚合物多層膜組裝在玻璃微球表面。PAA/PAH多層膜中的PAA可以通過其羧基和Fe(II)形成絡(luò)合物,將Fe(II)還原,即可制備出分散性好,平均粒經(jīng)僅有4nm的鐵納米粒子。玻璃微球支持的鐵納米粒子穩(wěn)定性和分散性都比較好,且能有效降解三氯乙烯(TCE)污染物。這項(xiàng)研究表明,制備一種能夠和被污染水源有效隔離或易分離的含納米鐵的微/納米載體材料,是水污染環(huán)境修復(fù)的有效途徑和發(fā)展趨勢。尋求一種能與納米鐵粒子形成牢固結(jié)合,具有高比表面積的連續(xù)介質(zhì)作為納米鐵粒子載體的材料將成為必要,這將大大有助于提高污染水的處理效率。近幾年,利用靜電紡絲技術(shù)制備的超細(xì)纖維所具備的高比表面積,以及形成的纖維氈的高孔隙率等獨(dú)特性能激起了人們的濃厚興趣。本研究組自2007年開始關(guān)注利用聚合物纖維氈作為模板原位合成金屬納米顆粒。這種附載有反應(yīng)活性的納米顆粒的復(fù)合納米纖維網(wǎng)將表現(xiàn)出很強(qiáng)的過濾性能和其他潛在的用途。檢索國內(nèi)外有關(guān)零價(jià)納米鐵粒子方面的文獻(xiàn)和專利結(jié)果表明在本發(fā)明完成之前,還沒有發(fā)現(xiàn)以靜電紡纖維氈為基體材料來制備和固定零價(jià)納米鐵粒子的報(bào)道。聚丙烯酸(polyacrylicacid,PAA)是一種帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì),可與水互溶,溶于乙醇、乙二醇,異丙醇等極性溶劑,是一種環(huán)境友好的高分子聚合物。聚丙烯酸分子中含有大量羧基,能夠與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。由于聚丙烯酸所含的羧基官能團(tuán)具有絡(luò)合金屬離子的特性,所以本發(fā)明以聚丙烯酸為主體高分子材料制備納米零價(jià)鐵。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,該方法制備的纖維氈中,納米鐵粒子分散均勻,沒有發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,纖維氈能有效的固定納米鐵粒子,保證了納米鐵粒子在實(shí)際運(yùn)用中得以有效回收,不會(huì)產(chǎn)生二次污染;制備過程簡單,易于操作。本發(fā)明的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,包括(1)以聚丙烯酸(PAA)為主體高分子材料,配制濃度為7%—12%的聚電解質(zhì)混合溶液,按照靜電紡絲的原理制備納米纖維氈,紡絲溶液的pH值調(diào)整在2.54.5之內(nèi),以控制PAA聚合物中羧基的電離;(2)對上述制備的納米纖維氈在120。C一150。C范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理30min—45min,制備不溶于水的聚電解質(zhì)纖維氈;(3)以去離子水為溶劑,配制濃度為0.05M—0.18M的可溶性鐵鹽溶液,同時(shí)配制濃度為鐵鹽溶液濃度4一6倍的7W^//4或/Cgi/4溶液;(4)將步驟(2)中制備好的不溶于水的纖維氈浸泡在歩驟(3)鐵鹽溶液中3小時(shí),使聚丙烯酸的羧基與鐵離子絡(luò)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,纖維氈由白色變?yōu)樽攸S色;(5)將步驟(4)中制備的絡(luò)合有鐵離子的纖維氈用去離子水漂洗2-5次,每次至少3min,以去除未與纖維氈絡(luò)合的游離的鐵離子;(6)將步驟(3)配制好的還原劑7\^8//4或^5//4溶液滴加到歩驟(5)中制備的絡(luò)合有鐵離子的棕黃色纖維氈上,直到?jīng)]有氣體冒出為止,得到零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈;(7)將步驟(6)中制備好的零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈用去離子水漂洗3次,每次不少于3min,以去除纖維氈上游離雜質(zhì);(8)將歩驟(7)中制備好的零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈干燥24h-36h,最后保存在真空干燥器里。所述步驟(1)聚電解質(zhì)混合溶液為聚丙烯酸/聚乙烯醇(PAA/PVA)(PAA/PVA重量比為1:1,聚合物總濃度為10%)或聚丙烯酸/^-環(huán)糊精(PAA/y5-環(huán)糊精)(PAA/Z-環(huán)糊精重量比為l:0.2,PAA的濃度為10。/。)。所述步驟(1)配制聚電解質(zhì)混合溶液的PAA/PVA的重量比為17:8383:17,其中重量比為50:50時(shí),溶液的粘度最大,所紡的纖維氈質(zhì)量最好。所述的PAA/p-環(huán)糊精的混合溶液中,/-環(huán)糊精的重量則為溶液中PAA的20%。所述步驟(2)中熱處理溫度在140°C150。C時(shí),處理30min中所得的纖維氈的水不溶性最好,纖維氈也不會(huì)發(fā)生性能變化,而且聚電解質(zhì)PAA的羧基也得到較好的保存。所述步驟G)中可溶性的鐵鹽可以是/^5<94、FeC/"FeC/3.6Z/20或Fe2(S(94)3。所述步驟(4)中纖維氈浸泡在鐵鹽溶液中的時(shí)間保持在3小時(shí),以保證鐵離子與羧基基團(tuán)盡可能的充分絡(luò)合。時(shí)間過長時(shí),所獲得的效果與3小時(shí)浸泡幾乎沒有區(qū)別。使用SEM(掃描電鏡)、EDS(能量分散譜)、TEM(投射電鏡)、TGA(熱重分析)和紅外光譜法表征本發(fā)明獲得的含有納米鐵纖維氈的結(jié)果分別如下(1)SEM的測試結(jié)果SEM的測試結(jié)果表明利用靜電紡絲制備的聚電解質(zhì)單根納米纖維光滑均勻,沒有粗細(xì)節(jié),沒有串珠,纖維之間沒有發(fā)生粘連,具有大量的孔隙結(jié)構(gòu)。纖維的平均直徑為170nm,且集中分布在150-200nm之間。參見說明書附圖3。經(jīng)過熱處理過的纖維氈具有良好的水穩(wěn)定性,纖維氈在水體環(huán)境中存在一定程度的溶漲,纖維直徑有一定程度的增加,但還是保持良好的纖維形態(tài)。零價(jià)納米鐵在纖維氈中均勻分布,沒有出現(xiàn)在纖維氈表面形成團(tuán)聚的現(xiàn)象。纖維直徑由于在水體中產(chǎn)生溶漲而有所增大,平均直徑為205nm。參見1。(2)EDS測試結(jié)果EDS圖譜結(jié)果證實(shí)了元素鐵分布在聚電解質(zhì)纖維氈中。參見2(3)TEM測試結(jié)果TEM測試結(jié)果表明零價(jià)納米鐵的尺寸范圍在2-4nm之間。(4)TGA測試結(jié)果TGA測試結(jié)果表明在空氣氣氛下,含有鐵納米粒子的纖維氈中的高聚物在40(TC被分解,根據(jù)最后剩下的鐵氧化物的含量折算得納米鐵粒子在纖維氈中的含量為22.3%。(5)紅外光譜測試結(jié)果紅外光譜測定結(jié)果表明,含有納米鐵粒子的纖維氈的紅外光譜圖在波數(shù)為1710cm"的羧基的吸收峰發(fā)生了轉(zhuǎn)移,表明羧基官能團(tuán)結(jié)合了納米鐵粒子具有很強(qiáng)的相互作用。參見說明書附圖4。以靜電紡技術(shù)制備的具有高表面積、高孔隙率的聚電解質(zhì)納米纖維氈為基體,原位制備功能性零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的制備方法,本發(fā)明涉及了兩個(gè)基本原理(1)用靜電紡絲的原理使聚電解質(zhì)溶液在高壓的作用下帶電并形成錐形射流,帶電的射流在電場力的作用下受到牽伸細(xì)化形成納米纖維,最終以纖維氈的形式沉積在接收板上;(2)利用化學(xué)還原的方法使鐵離子(Fe(II)或Fe(III))在強(qiáng)還原劑的作用下還原成零價(jià)納米鐵粒子。有益效果(1)本發(fā)明方法制備的纖維氈中,納米鐵粒子分散均勻,沒有發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,纖維氈能有效的固定納米鐵粒子,保證了納米鐵粒子在實(shí)際運(yùn)用中得以有效回收,不會(huì)產(chǎn)生二次污染;(2)制備過程簡單,易于操作,所用的聚合物均為環(huán)境友好的高分子材料,具有工業(yè)化實(shí)施的前景。圖1為本發(fā)明制備的含有零價(jià)納米鐵粒子的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的SEM圖2為本發(fā)明制備的含有零價(jià)納米鐵粒子的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的EDS圖3為本發(fā)明制備的聚電解質(zhì)纖維氈SEM圖4為本發(fā)明制備的聚電解質(zhì)含有納米鐵粒子前后的FTIR圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一歩闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1為本發(fā)明對照試驗(yàn),沒有利用靜電紡含聚丙烯酸納米纖維原位合成零價(jià)納米鐵粒子。實(shí)施例1取2.43261克FeC/;.6/^0,溶于去離子水中,磁力攪拌使之充分混合均勻,配置成濃度為0.18mol/L的透明的棕黃色Fe"鹽溶液50mL。取1.77801克iVaS/^,溶于去離子水中,玻璃棒攪拌數(shù)分鐘,配成0.94mol/L的溶液50ml。取50mlM5//4溶液逐滴滴加到盛有50mli^"鹽溶液的燒杯中,同時(shí)磁力攪拌,待溶液變成黑色后停止攪拌。待黑色物質(zhì)快速沉積到杯底后,去除燒杯中的上清液,在加入大量去離子水清洗,再去除上清液,如此重復(fù)至少三次。最后將獲得的納米鐵粒子冷凍干燥后保存。透射電鏡分析結(jié)果表明,零價(jià)納米鐵粒子直徑范圍在1-100nm之間,和文獻(xiàn)結(jié)果相同。實(shí)施例2取3克聚乙烯醇(PVA)于燒杯中,以去離子水為溶劑,置于磁力攪拌器上在8(TC的溫度下攪拌3小時(shí),配成濃度為10%的水溶液,冷卻后待用。分別稱取一定量濃度為25。/。聚丙烯酸(PAA)水溶液和已配置好的PVA溶液配成兩種聚合物總濃度為8%的12mL混合溶液,其中PAA/PVA的重量比為1:1。設(shè)置紡絲工藝條件為接收距離為20cm,電壓為16.6kV,流速為0.5mL/h。制備的納米纖維最終以纖維氈的形式沉積在鋁箔上。將纖維氈在空氣中自然干燥后,保存在干燥器中。SEM的測試結(jié)果表明納米纖維直徑分布在100400nm,粗細(xì)不均勻,而且存在一定量的串珠,有些纖維呈扁平的帶狀,纖維表面不夠平滑且纖維之間存在粘連。實(shí)施例3取3克聚乙烯醇(PVA)于燒杯中,以去離子水為溶劑,置于磁力攪拌器上在80'C的溫度下攪拌3小時(shí),配成濃度為10%的水溶液,冷卻后待用。分別稱取一定量濃度為25%聚丙烯酸(PAA)水溶液和已配置好的PVA溶液配成總濃度為10%的12mL混合溶液,其中PAA/PVA的重量比為1:1。設(shè)置紡絲工藝條件為接收距離為20cm,電壓為16.6kV,流速為0.5mL/h。制備的納米纖維最終以纖維氈的形式沉積在鋁箔上,將纖維氈在空氣中自然干燥后,保存在干燥器中。SEM的測試結(jié)果表明納米纖維直徑主要集中分布在100200nm,平均直徑為205nm。存在少許直徑較大的纖維,單根纖維粗細(xì)均勻,纖維上基本不存在串珠結(jié)構(gòu),纖維呈光滑的圓形,纖維氈呈現(xiàn)微孔結(jié)構(gòu)。實(shí)施例4取3克聚乙烯醇(PVA)于燒杯中,以去離子水為溶劑,置于磁力攪拌器上在8(TC的溫度下攪拌3小時(shí),配成濃度為10%的水溶液,冷卻后待用。分別稱取一定量濃度為25%聚丙烯酸(PAA)水溶液和已配置好的PVA溶液配成總濃度為10%的12mL混合溶液,其中PAA/PVA的重量比為1:1。設(shè)置紡絲工藝條件為接收距離為25cm,電壓為16.6kV,流速為0.5mL/h。利用靜電紡絲設(shè)備制備的納米纖維最終以纖維氈的形式沉積在鋁箔上。纖維氈在空氣中自然干燥后,保存在干燥器中。取一定量纖維氈在140—15(TC的條件下熱處理30min,對樣品進(jìn)行交聯(lián)處理,待樣品冷卻至室溫后,置于去離子水中浸泡。觀察纖維氈的水穩(wěn)定情況可以看出,纖維具有良好的水穩(wěn)定性,在水中能保持纖維氈的形態(tài)。而沒有經(jīng)過熱處理的纖維氈浸入水中后則會(huì)馬上溶解。取兩塊等質(zhì)量經(jīng)過交聯(lián)處理的PAA/PVA聚電解質(zhì)纖維氈浸泡在按實(shí)施例1所配置的濃度為0.18mol/L的鹽溶液中,纖維氈的質(zhì)量與所取的F+鹽溶液體積比例配置為1mg/mL。浸泡在鐵鹽溶液中的兩塊纖維氈分別在2小時(shí)、3小時(shí)后取出,在去離子水中清洗3次,每次3分鐘,纖維氈由白色變成棕黃色。滴加濃度為0.94mol/L的^06//4溶液于清洗過的絡(luò)合有/^3+纖維氈上'纖維氈上瞬間產(chǎn)生黑色物質(zhì),并伴隨大量的氣體產(chǎn)生,持續(xù)滴加^"5//4溶液直至沒有氣體產(chǎn)生為止。將纖維氈取出后在去離子水中清洗3次,每次3分鐘,得到含有零價(jià)納米鐵粒子的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈(NZVI-PAA/PVA纖維氈)。將復(fù)合纖維氈在真空干燥箱中室溫干燥24小時(shí)后置于真空干燥器中保存。SEM的測試結(jié)果表明PAA/PVA納米纖維直徑集中分布在150200nm,平均直徑為170nm,纖維粗細(xì)均勻并呈光滑的圓形。單根纖維之間沒有粘連,纖維氈上分布大量的微孔。經(jīng)過熱處理后的纖維氈具有良好的水穩(wěn)定性,且能保持原有的多孔的纖維氈結(jié)構(gòu)。含有零價(jià)納米鐵粒子的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈表現(xiàn)為棕黃色,單根纖維沒有明顯的凸起和粗糙的表面形態(tài),EDS測試表明復(fù)合纖維氈中存在鐵元素,且均勻的分散在纖維中。復(fù)合纖維氈由于浸泡過水溶液中而存在一定程度的溶脹,纖維變粗,其直徑范圍主要分布在150250nm之間,平均直徑為205nm,也存在極少部分直徑為250mn以上的纖維。通過在空氣氣氛下對復(fù)合纖維氈進(jìn)行TGA測試后計(jì)算得出,浸泡過2小時(shí)的纖維氈中的含鐵量為15.424%。浸泡過3小時(shí)的纖維氈中的含鐵量為22.2673%。透射電鏡分析表明,纖維中的零價(jià)納米鐵尺寸在2-10nm之間。權(quán)利要求1.功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,包括(1)以聚丙烯酸PAA為主體高分子材料,配制濃度為7%—12%的聚電解質(zhì)混合溶液,按照靜電紡絲的原理制備納米纖維氈,紡絲溶液的pH值2.5~4.5;(2)對上述制備的納米纖維氈在120℃—150℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理30min—45min,制備不溶于水的聚電解質(zhì)纖維氈;(3)以去離子水為溶劑,配制濃度為0.05M—0.18M的可溶性鐵鹽溶液,同時(shí)配制濃度為鐵鹽溶液濃度4—6倍的NaBH4或KBH4溶液;(4)將步驟(2)中制備好的不溶于水的纖維氈浸泡在步驟(3)鐵鹽溶液中2-3h,使聚丙烯酸的羧基與鐵離子絡(luò)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,纖維氈由白色變?yōu)樽攸S色;(5)將步驟(4)中制備的絡(luò)合有鐵離子的纖維氈用去離子水漂洗2-5次,每次至少3min;(6)將步驟(3)配制好的還原劑NaBH4或KBH4溶液滴加到步驟(5)中制備的絡(luò)合有鐵離子的棕黃色纖維氈上,直到?jīng)]有氣體冒出為止,得到零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈;(7)將步驟(6)中制備好的零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈用去離子水漂洗3次,每次不少于3min;(8)將步驟(7)中制備好的零價(jià)納米鐵粒子/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈干燥24h-36h,最后保存在真空干燥器里。2.根據(jù)權(quán)利要1所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述步驟(1)聚電解質(zhì)混合溶液為聚丙烯酸PAA/聚乙烯醇PVA(PAA/PVA重量比為1:1,溶液中聚合物總濃度為10%)或聚丙烯酸PAA/Z-環(huán)糊精(PAA/Z-環(huán)糊精重量比為1:0.2,PAA的濃度為10%)。3.根據(jù)權(quán)利要2所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述步驟(1)配制聚電解質(zhì)混合溶液的PAA/PVA的重量比為17:8383:17。4.根據(jù)權(quán)利要2所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述步驟(1)配制聚電解質(zhì)混合溶液的PAA的質(zhì)量百分比為5%。5.根據(jù)權(quán)利要2所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述的PAA/p-環(huán)糊精的混合溶液中,"-環(huán)糊精的重量則為溶液中PAA的20X。6.根據(jù)權(quán)利要1所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述步驟(2)中熱處理溫度在140°C150。C時(shí),處理30min。7.根據(jù)權(quán)利要1所述的功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,其特征在于所述步驟(3)中可溶性的鐵鹽為FeSC^、&C/2、FeC/3.6//2(9或7^2056>4)3。全文摘要本發(fā)明涉及功能性零價(jià)納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法,包括(1)以聚丙烯酸PAA,配制濃度為7%-12%的聚電解質(zhì)混合溶液,按照靜電紡絲的原理制備納米纖維氈;(2)納米纖維氈進(jìn)行熱處理,制備不溶于水的聚電解質(zhì)纖維氈;(3)配制可溶性鐵鹽溶液,配制濃度為鐵鹽溶液4-6倍的還原劑溶液;(4)將(2)浸泡在鐵鹽溶液中;(5)漂洗;(6)將還原劑溶液滴加到絡(luò)合鐵離子纖維氈上;(7)去離子水漂洗;(8)干燥,保存。該方法制備的纖維氈中,納米鐵粒子分散均勻,沒有發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,纖維氈能有效的固定納米鐵粒子,保證了納米鐵粒子在實(shí)際運(yùn)用中得以有效回收,不會(huì)產(chǎn)生二次污染。文檔編號C02F1/70GK101445291SQ200810207760公開日2009年6月3日申請日期2008年12月25日優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日發(fā)明者史向陽,王善元,肖仕麗申請人:東華大學(xué)