一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海藻酸钠/碳纳米管(含单壁与多壁(n = 2-20))通过高压静电进行纺丝成膜的制备方法，属于纤维膜材料的制备技术。
【背景技术】
[0002]海藻酸钠(SA)是地球上分布较广的天然生物源高分子材料，是可持续的、不可消耗的天然原料。海藻酸钠具有稳定性、亲水性、无毒性和生物可降解性。由两种单糖组成，分别是1，4-聚-β -D-甘露糖醛酸和a -L-古罗糖醛酸，两者通过直线连接构成海藻酸钠。SA为白色或淡黄色粉末，具有无味性、无臭性，不溶于乙醚、乙醇、稀乙醇液、有机溶剂、酸类(pH值<3)。SA性质与其加工工艺和制备其所用的材料有很大的关系。一般情况下，SA与水形成粘稠液，具有高粘性，其含量为0.5%时，在切变速率为I?10s 1时，其粘度近似其水溶液，与PH值有关。海藻酸钠的应用领域非常广泛，主要有:医用材料、食品工业、造纸工业、电子设备等。
[0003]碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。碳纳米管特殊的结构决定了其具有优异的力学、电磁、热学等性能，广泛应用于各种领域。在力学性能上，碳纳米管具有优异的抗拉强度和弹性模量，其弹性模量为lTPa，约为钢的弹性模量5倍，抗拉强度可达50-200GPa，约为钢的抗拉强度的100倍，而其密度约为钢的密度的1/6。因此，将碳纳米管作为增强材料应用于其它材料，可以达到增韧、增强的效果。随着碳纳米管制备技术的成熟与碳纳米管成本的不断降低，碳纳米管的应用研究越来越成为研究的重点。如果将碳纳米管与海藻酸钠进行分子级复合，然后进行静电纺丝，则有望得到具有高吸附性能的纤维膜材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，以该方法制得材料具有高的吸附性能。
[0005]本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在水中的海藻酸钠进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高吸附性能的杂化纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程:
[0006]I)碳纳米管溶液的制备:将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HN03/H2S04为1:1的混合酸中，配制成0.01?0.lg/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为5?15mg/mL碳纳米管溶液；
[0007]2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将分子量为I?8万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为2?6%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明海藻酸钠水溶液；
[0008]3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.05: I?0.25: I进行混合，并在在室温下超声分散2h ;
[0009]4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围10?30kV，注射栗流速0.05?0.3mL/h，接收距离10?20cm，获得直径为200?500nm纤维膜。
[0010]本发明制备方法过程简单，所获得海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜具有高吸附性的优点。
【具体实施方式】
[0011]实施例1:
[0012]I)碳纳米管溶液的制备:将4.0g单壁碳纳米管加入到200ml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.02g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为6.0mg/mL碳纳米管溶液；
[0013]2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将一定分子量为6万的的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为3.5%的溶液，磁力搅拌6h，获得的透明海藻酸钠水溶液；
[0014]3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.05: I进行混合，并在室温下超声分散2h;
[0015]4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，纺丝电压20kV，注射栗流速0.2mL/h，接收距离20cm，获得直径为300?400nm纤维膜。
[0016]实施例2:
[0017]I)碳纳米管溶液的制备:将4.0g单壁碳纳米管加入到10ml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.04g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流70min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为8.0mg/mL碳纳米管溶液；
[0018]2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将一定分子量为8万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为2%的溶液，磁力搅拌6h，获得的透明海藻酸钠水溶液；
[0019]3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.1: I进行混合，并在室温下超声分散2h;
[0020]4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，纺丝电压10kV，注射栗流速0.3mL/h，接收距离10cm，获得直径为400?500nm纤维膜。
[0021]实施例3:
[0022]I)碳纳米管溶液的制备:将8.0g单壁碳纳米管加入到10ml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.08g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为10mg/mL碳纳米管溶液；
[0023]2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将一定分子量为I万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为6%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明的海藻酸钠水溶液；
[0024]3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.15:1进行混合，并在室温下超声分散2h ;
[0025]4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，纺丝电压30kV，注射栗流速0.05mL/h,接收距离20cm，获得直径为200?300nm纤维膜。
[0026]实施例4:
[0027]I)碳纳米管溶液的制备:将8.0g单壁碳纳米管加入到10ml的HN03/H2S04(1: I)的混合酸中，配制成0.08g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为12mg/mL碳纳米管溶液；
[0028]2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将一定分子量为3万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为4.5%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明的海藻酸钠水溶液；
[0029]3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.20: I进行混合，并在在室温下超声分散2h;
[0030]4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，纺丝电压20kV，注射栗流速0.lmL/h，接收距离15cm，获得直径为350?450nm纤维膜。
【主权项】
1.一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在水中的海藻酸钠进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高吸附性能的杂化纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程: 1)碳纳米管溶液制备:将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HN03/H2S0A1:1的混合酸中，配制成0.0l?0.lg/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为5?15mg/mL碳纳米管溶液； 2)海藻酸钠溶液的制备:在室温下将分子量为I?8万的海藻酸钠溶解于水中，配制成质量分数为2?6%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明海藻酸钠水溶液； 3)复合溶液的制备:将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的海藻酸钠水溶液按照溶质的质量比0.05: I?0.25: I进行混合，并在在室温下超声分散2h ; 4)杂化纳米纤维膜的制备:将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射栗上，距针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围10?30kV，注射栗流速0.05?0.3mL/h，接收距离10?20cm，获得直径为200?500nm纤维膜。
【专利摘要】本发明公开可一种海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜的制备方法，属于纤维膜材料的制备技术。该方法包括以下过程：首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其分散在去离子水中制成碳纳米管溶液；将海藻酸钠溶解于水中，获得透明海藻酸钠水溶液；将碳纳米管溶液与藻酸钠水溶液进行混合，进行静电纺丝，高压静电调节范围10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距离10～20cm。本发明制备方法过程简单，所获得海藻酸钠/碳纳米管杂化纳米纤维膜具有吸附性能好的优点。
【IPC分类】D04H1/728, D04H1/4382, D01D5/00
【公开号】CN105200668
【申请号】CN201510675556
【发明人】蔡志江, 徐熠, 贾建茹
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月19日