[发明专利]纳米纤维素/二氧化硅多孔网络结构纤维膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米纤维素/二氧化硅多孔网络结构纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将制备的直径在3-10nm的纤维素纳米晶体经过表面活性剂改性后，涂敷于无机二氧化硅纳米纤维膜表面，形成一种网络结构，再加上纤维素的强氢键作用，从而提高无机二氧化硅纤维膜的机械性能、过滤性能等。最终所得过滤膜具有结构简单、机械强度良好、过滤效果好、成本低等优点，在空气过滤、催化、生物、制药、饮用水纯化、纺织印染废水处理、PVA浆料回收利用等领域都具有广泛的应用前景。

主权项

一种纳米纤维素/二氧化硅多孔网络结构纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：在20～80℃水浴温度条件下，将1～20重量份的纤维素纤维粉末浸泡于盛有50～200重量份的质量浓度为8～20％的氢氧化钠溶液搅拌釜中，搅拌转速为100～300rpm，搅拌时间为30～300min；然后水洗至中性，再放入真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为6～12h，得到碱处理的纤维素纤维粉末；第二步：在40～80℃水浴温度条件下，将第一步得到的碱处理的纤维素纤维粉末加入到盛有二甲基亚砜的搅拌釜中，纤维素纤维粉末与二甲基亚砜的质量比为1∶20～50，搅拌转速为100～500rpm，搅拌时间为1～6h；然后过滤，用蒸馏水洗脱残留的二甲基亚砜，再放入真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60～80℃，干燥时间为6～12h，得到预处理的纤维素纤维粉末；第三步：在4～65℃水浴温度条件下，将第二步得到的预处理的纤维素纤维粉末加入到盛有TEMPO(2，2，6，6‑四甲基哌啶‑1‑氧自由基)催化体系的搅拌釜中，调节pH值至恒定后加入无水乙醇终止反应，得到纤维素纤维悬浮液；第四步：将第三步得到的纤维素纤维悬浮液置于高速离心机中进行离心，离心速度为1000～5000rpm，离心时间为5～30min，倒去上层清液，重复加蒸馏水、离心、倒去上层清液3～5次，直至悬浮液的pH值至中性，得到纤维素纤维沉淀物；第五步：取1～10重量份第四步得到的纤维沉淀物加入到100～1000重量份蒸馏水中，于4～20℃水浴中，经过机械处理，得到质量浓度为0.05％纳米纤维素晶体悬浮液；第六步：将质量浓度为0.05～0.2％的表面活性剂加入到第五步得到的纳米纤维素晶体悬浮液中，以搅拌转速为100～500rpm，搅拌时间为5～30min，均匀搅拌后，得到改性纳米纤维素晶体悬浮液；第七步：在20～80℃水浴条件下，将10重量份的聚乙烯醇加入到蒸馏水中，搅拌转速为500～1200rpm，搅拌时间为3～10h，均匀混合，得到聚合物质量浓度为10％的聚乙烯醇溶液；第八步：在室温条件下，将正硅酸乙酯加入到磷酸和水的混合液中，正硅酸乙酯、磷酸、水的摩尔质量比为1∶0.01∶11，搅拌转速为500～1200rpm，搅拌时间为3～10h，均匀混合后，得到二氧化硅水凝胶；第九步：在室温条件下，将第七步得到的聚乙烯醇溶液与第八步得到的二氧化硅水凝胶以1∶1的比例混合，搅拌转速为500～1200rpm，搅拌时间为3～10h，搅拌均匀后，得到纺丝液；第十步：在室温和相对湿度为30～70％的条件下，将第九步得到的纺丝液以0.3～4mL/h的流速输入到静电纺丝设备的喷丝头上，同时将喷丝头连接10～40kV电源进行静电纺丝制备纳米纤维膜，接收装置与喷丝头之间的距离为10～35cm；第十一步：将第十步得到的纳米纤维膜于高温马弗炉中于600～1200℃温度下煅烧2～4h，得到二氧化硅纤维膜；第十二步：在第十一步得到的二氧化硅纤维膜外部均匀涂布第六部得到的改性纳米纤维素晶体悬浮液，经过干燥后，得到纳米纤维素/二氧化硅多孔网络结构纤维膜。