專利名稱：一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸附材料領(lǐng)域，特別涉及一種能夠高效吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜。
背景技術(shù)：
重金屬污染是指由重金屬或其化合物所造成的環(huán)境污染。重金屬污染可由自然因素(如土壤、巖石風(fēng)化和火山爆發(fā)等)引起，但主要是采礦、工業(yè)制造、污水灌溉和使用重金屬制品或含金屬污染物等人為因素所致。重金屬不能被生物降解，卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千萬倍地富集，最后進入人體。盡管有些重金屬如錳、銅、鋅等是生命活動必需的微量元素，但是大部分重金屬不是生命所必需的。超過一定濃度，就將對人體健康造成損害，導(dǎo)致各種疾病，如:脫水、胃痛、惡心、眩暈、肌肉失調(diào)、兒童的神經(jīng)系統(tǒng)破壞、肺痛、眼睛發(fā)炎、皮疹、嘔吐、腹痛、疼痛、呼吸困難、肝損傷等。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人口增長、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加快推進，涉及重金屬的行業(yè)正保持著較強的增長勢頭，重金屬污染事件頻發(fā)，給環(huán)境和人民的健康帶來了嚴重的損害。除去水中重金屬離子的方法很多，傳統(tǒng)的有化學(xué)沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法、電解法、蒸發(fā)濃縮法、離子交換樹脂法等，但這些方法大多存在投資大、運行成本高、操作管理麻煩、并且會產(chǎn)生二次污染和不能很好地解決金屬和水資源再利用等問題。目前在實際中運用較多的是吸附法，或通過靜電相互作用(帶正電荷的金屬離子與帶負電基質(zhì)之間相互作用)，或通過螯合作用(由基質(zhì)提供孤對電子與金屬離子形成配位共價鍵)。常用的吸附劑包括活性炭、膨潤土、沸石以及生物吸附劑，而其中生物吸附具有吸附劑來源豐富、品種多、成本低、吸附容量大、速度快等優(yōu)點，能夠彌補傳統(tǒng)處理法的缺陷而受到了廣泛關(guān)注。絲素蛋白是蠶絲的主體，約占蠶絲質(zhì)量的70%-80%，是一種無生理活性的天然生物大分子，由乙氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸等18種氨基酸連接而成，絲素蛋白的氨基酸組分中極性氨基酸主要有甘氨酸、酪氨酸、天門冬氨酸、谷氨酸、蘇氨酸、絲氨酸，占54.85%,這些極性氨基酸將在重金屬離子吸附中起主要作用。吸附材料的孔徑和構(gòu)成吸附材料的纖維直徑是影響吸附材料吸附精度及效率的主要因素，纖維直徑越細，對應(yīng)吸附材料的吸附精度和效率越高。利用靜電紡絲方法能夠得到直徑為幾十到幾百納米的纖維，形成的非織造纖維膜重量輕、滲透性好、孔徑小、比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部孔隙的連通性好、容易與納米級的化學(xué)物質(zhì)或功能性物質(zhì)相結(jié)合，這使得它具有更高吸附率和吸附量，是一種性能優(yōu)異的吸附和過濾基材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，該納米纖維膜吸附材料能夠高效吸附溶液中的重金屬離子。本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)10%-16%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓25-35KV，紡絲距離5-15cm，紡絲液喂入量0.5_2ml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中l(wèi)_2h；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中30-90min，去離子水沖洗干
凈;
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(8)將步驟7重復(fù)0-4次，即可得到2-6層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑88-135nm，孔隙率30_80%。所述步驟(5)中的堿溶液為氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種。本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明所述的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜，具有比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部孔隙多等特點，可以增大與金屬離子的接觸面積，增大吸附量，縮短達到吸附平衡的時間，有效地吸附廢水中的重金屬離子，而且可生物降解，不會造成環(huán)境污染。


圖1為4層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜SEM電鏡圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本發(fā)明。實施例1:
本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將5g純的絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)10%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓25kV，紡絲距離5cm，紡絲液喂入量0.5ml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中Ih；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中30min，去離子水沖洗干凈；
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l-5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑107nm，孔隙率62%。所述步驟(5)中的堿溶液為氫氧化鈉。實施例2:
本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將5g純的絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)12%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓30kV，紡絲距離8cm，紡絲液喂入量lml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中Ih；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中45min，去離子水沖洗干凈；
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l-5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(8)將步驟7重復(fù)I次，即可得到3層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑115nm，孔隙率56%。所述步驟(5)中的堿溶液為碳酸氫鈉。實施例3:
本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將5g純的絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)14%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓30kV，紡絲距離12cm，紡絲液喂入量1.2ml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中1.5h ；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中60min，去離子水沖洗干凈；
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜； (8)將步驟7重復(fù)2次，即可得到4層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑93nm，孔隙率74%。所述步驟(5)中的堿溶液為碳酸鈉。實施例4:
本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將5g純的絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)16%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓35kV，紡絲距離15cm，紡絲液喂入量2ml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中2h；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中75min，去離子水沖洗干凈；
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l-5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(8)將步驟7重復(fù)3次，即可得到5層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑127nm，孔隙率46%。所述步驟(5)中的堿溶液為氫氧化鉀。實施例5:
本發(fā)明的一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟:
(1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白；
(2)將5g純的絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)14%的紡絲液；
(3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓30kV，紡絲距離10cm，紡絲液喂入量1.5ml/h ；
(4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中1.5h ；
(5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中60min，去離子水沖洗干凈；
(6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l-5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜；
(8)將步驟7重復(fù)4次，即可得到6層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。所述步驟(5)中的堿溶液為氨水。表I為各實施例中的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜對Cu2+、Cr3+、Pb2+、Cd2+的吸附量，單位:mg/g。 Cu2+Cr3+Pb2+Cd2+
實施例114.36.711.28.5
實施例 229.811.225.917.3
實施例 347.419.338.631.8
實施例 463.923.842.553.6
實施例 565.126.447.759.8
顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限 定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于該制備方法包括以下操作步驟: (1)將未脫膠的蠶絲經(jīng)脫膠、溶解、滲透、純化、干燥，得到純的絲素蛋白； (2)將絲素蛋白溶解于98%的甲酸溶液，配置質(zhì)量分數(shù)10%-16%的紡絲液； (3)將上述紡絲液加入到靜電紡絲設(shè)備中，用靜電紡絲法制備出絲素納米纖維膜，靜電紡絲的工藝為:電壓25-35kV，紡絲距離5-15cm，紡絲液喂入量0.5_2ml/h ； (4)將制得的靜電紡絲素納米纖維膜浸于100%乙醇中l(wèi)_2h； (5)將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中30-90min，去離子水沖洗干凈; (6)將堿溶液處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液10-30min，取出，去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到I層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜； (7)將表面組裝有I層聚乙烯亞胺的靜電紡絲素納米纖維膜浸入l_5g/L絲素溶液中10-30min，取出后去離子水沖洗干凈，再浸入l_5g/L的聚乙烯亞胺溶液中10_30min，取出后去離子水沖洗干凈，室溫下自然風(fēng)干，得到2層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜； (8)將步驟7重復(fù)0-4次，即可得到2-6層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于，步驟(3)得到的靜電紡絲素納米纖維膜平均直徑88-135nm，孔隙率30-80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，其特征在于，步驟(5 )中的堿溶液為氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸附重金屬離子的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜及其制備方法，首先采用靜電紡的方法制備平均直徑88-135nm，孔隙率30-80%的靜電紡絲素納米纖維膜，浸于100%乙醇中1-2h，再將乙醇處理后的靜電紡絲素納米纖維膜浸于堿溶液中30-90min，最后采用聚乙烯亞胺溶液處理制備2-6層聚乙烯亞胺組裝靜電紡絲素納米纖維膜。本發(fā)明制備的自組裝靜電紡絲素納米纖維膜，具有比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部孔隙多等特點，可以增大與金屬離子的接觸面積，增大吸附量，縮短達到吸附平衡的時間，有效地吸附廢水中的重金屬離子，而且能夠被生物降解，不會造成環(huán)境污染。
文檔編號B01J20/26GK103212382SQ20131011069
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者趙兵 申請人:蘇州正業(yè)昌智能科技有限公司