一種β-環(huán)糊精基納米纖維膜及其制備方法以及在染料吸附、分離中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境納米新功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種0 -環(huán)糊精基納米纖維 膜及其制備方法及其在染料吸附、分離中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會工業(yè)的迅猛發(fā)展，有機(jī)染料被廣泛的使用在諸多工業(yè)生產(chǎn)中（如化妝 品、造紙、印刷、皮革、紡織品、塑料等）。水體一旦被有機(jī)染料污染將對人類經(jīng)濟(jì)及健康造成 巨大的威脅，因為大部分染料是不可降解，它們對光、熱、氧化劑都是穩(wěn)定。所以染料廢水已 成為環(huán)境重點污染源之一，對其進(jìn)行相應(yīng)的處理已日益成為環(huán)保關(guān)注的熱點。處理染料廢 水的眾多方法中，吸附法由于其成本低、效率高、簡單易操作等特點，使其在處理廢水領(lǐng)域 有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 近些年來，靜電紡納米纖維在廢水處理領(lǐng)域被學(xué)者們廣泛的研究。靜電紡納米纖 維相比于塊狀吸附劑，其具有大的比表面積、高的孔隙率等特點，這些特點都非常有利于吸 附劑吸附容量的提高。此外，電紡納米纖維容易被功能化或者容易得到特定的有利結(jié)構(gòu)來 進(jìn)一步提尚吸附能力。
[0004] 環(huán)糊精是一種無毒、穩(wěn)定的環(huán)狀低聚糖包括七個葡萄糖單元，通過a-(1，4) 糖苷鍵連接。環(huán)糊精具有特殊的環(huán)形結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)腔是疏水的而其外表面是親水的。環(huán) 糊精分子洞適中，應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)成本低。相比于其他兩種結(jié)構(gòu)的環(huán)糊精（a-環(huán)糊精、 Y-環(huán)糊精），環(huán)糊精是目前工業(yè)上使用最多的環(huán)糊精產(chǎn)品。正是由于環(huán)糊精特殊 的環(huán)形結(jié)構(gòu)，它可以與諸多分子形成主客體復(fù)合物，使其在可以被應(yīng)用在廢水處理領(lǐng)域用 來吸附有機(jī)染料分子。而純的環(huán)糊精本體是水溶性物質(zhì)，限制了其在水溶液介質(zhì)的使 用能力。所以必須通過接枝或者交聯(lián)克服這一缺陷。
[0005] 基于以上背景，本發(fā)明提了一種環(huán)糊精基納米纖維膜、制備方法及其在染料 吸附、分離的應(yīng)用。由于環(huán)糊精在溶劑N，N_二甲基甲酰胺中溶解性良好，所以本發(fā)明 的0 -環(huán)糊精基電紡納米纖維紡絲液溶劑為N，N-二甲基甲酰胺。通過結(jié)合靜電紡納米纖 維的結(jié)構(gòu)特點以及環(huán)糊精的吸附屬性來制備對有機(jī)染料具有高吸附容量的吸附劑。為 了克服環(huán)糊精溶于水的這一問題本發(fā)明將交聯(lián)劑檸檬酸引入到電紡纖維中，通過原位 熱交聯(lián)使檸檬酸中的羧基與環(huán)糊精中的羥基反應(yīng)形成酯鍵，來提高電紡纖維的耐水能力， 來使其具有在水介質(zhì)中應(yīng)用的潛力。為了提高紡絲溶液的可紡性，聚丙烯酸引入到電紡纖 維中，由于聚丙烯酸中也存在羧基，所以其也起到交聯(lián)劑的作用。環(huán)糊精、聚丙烯酸、檸 檬酸都是生物相容性物質(zhì)，并且紡絲夜溶劑N，N-二甲基甲酰胺在高溫交聯(lián)后可以有效去 除。所以制備的環(huán)糊精基電紡納米纖維是一種對環(huán)境友好的吸附劑材料，且電紡納米 纖維的成膜性良好，吸附完畢后可以容易的從被吸附液體中取出并對其進(jìn)行脫吸附處理后 可以循環(huán)再利用，并不會造成二次污染。由于制備的環(huán)糊精基電紡納米纖維含有豐富 的羧基（帶負(fù)點），所以其對陽離子染料展現(xiàn)了良好的吸附能力，對帶負(fù)電陰離子染料具有 靜電排斥。基于這個特性，制備的環(huán)糊精基電紡納米纖維可以實現(xiàn)對陽離子染料和陰 離子染料混合溶液的有效分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種0 _環(huán)糊精基納米纖維膜及其制備方法及其在染料吸 附、分離中的應(yīng)用。
[0007] -種0 _環(huán)糊精基納米纖維膜，該膜由0 _環(huán)糊精、交聯(lián)劑檸檬酸及助紡高分子同 時也起到交聯(lián)劑作用的聚丙烯酸通過靜電紡絲技術(shù)和原位熱交聯(lián)方法相結(jié)合制備的，交聯(lián) 反應(yīng)發(fā)生在0 _環(huán)糊精的羥基與檸檬酸、聚丙烯酸的羧基之間形成酯鍵，進(jìn)而通過酯鍵連 接形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意如下：
[0009] -種0_環(huán)糊精基納米纖維膜的制備方法，有以下幾個步驟：
[0010] (1)將環(huán)糊精溶解在溶劑N，N-二甲基甲酰胺中攪拌至完全溶解，其中環(huán) 糊精的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15~25wt% ;
[0011] (2)待環(huán)糊精完全溶解后，依次向步驟（1)中的溶液加入檸檬酸、聚丙烯酸攪拌至 完全溶解，其中檸檬酸和聚丙烯酸的質(zhì)量分別是0 _環(huán)糊精質(zhì)量的15~35%和10~30%;
[0012] (3)待步驟⑵中的溶液完全溶解后，得到紡絲液，將紡絲液進(jìn)行靜電紡絲；
[0013] (4)將步驟（3)得到的紡絲納米纖維膜放在數(shù)顯式電熱恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行高溫原 位熱交聯(lián)，交聯(lián)溫度為170~220°C，交聯(lián)時間為1~3小時，交聯(lián)后的纖維水不溶率在95% 以上。
[0014] -種0_環(huán)糊精基納米纖維膜在染料吸附、分離中的應(yīng)用，交聯(lián)后的纖維膜耐水 能力極大的提高，可以有效去除廢水中的陽離子染料并分離陰離子染料，所述的被吸附的 陽離子染料包括亞甲基藍(lán)、孔雀綠、堿性品紅、甲基紫，堿性墨綠等；可被分離的陰離子染料 有甲基橙、剛果紅、酸性藍(lán)83、酸性黃G，直接紅棕M等。
[0015]所述的對于陽離子染料的吸附容量高達(dá)750~950mg/g;對于陽離子、陰離子染料 混合溶液的分離效率為98. 0~99. 9%。
[0016]本發(fā)明所得的染料吸附、分離膜吸附水中染料的吸附性能的測試方法為：利用紫 外可見分光光度計針對染料溶液不同的濃度進(jìn)行吸光度的測量，用測量后數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲 線，從而測定水中染料的濃度。分離性能測試方法為采用普通的石英砂過濾裝置，將所得的 0 _環(huán)糊精基電紡納米纖維膜裁剪成圓形放在石英砂漏斗濾面上，讓陽離子、陰離子混合染 料溶液在抽濾的抽力驅(qū)使下通過0 _環(huán)糊精基電紡納米纖維膜，后用紫外可見分光光度計 測量兩種不同染料濃度變化進(jìn)而得到分離效率。
[0017] 有益效果：
[0018] (1)本發(fā)明使用N，N-二甲基甲酰胺為紡絲液的溶劑，使0 -環(huán)糊精在紡絲液中的 含量大大增加，制備了以環(huán)糊精為主體的電紡納米纖維；
[0019] (2)最大程度利用電紡納米纖維的結(jié)構(gòu)特點和e-環(huán)糊精、檸檬酸、聚丙烯酸特有 分子屬性來制備對陽離子染料具有高吸附容量的吸附劑；
[0020] (3)本發(fā)明所得環(huán)糊精基電紡納米纖維中富含羧基（帶負(fù)點），使其對陰離子 染料具有靜電排斥，而對陽離子染料具有良好的吸附能力，基于此特性可以實現(xiàn)陽離子、陰 離子染料混合溶液的分離。將陽離子染料吸附在環(huán)糊精基電紡納米纖維上，而陰離子 染料依然留在分離液中?？梢詫θ玖线M(jìn)行定向分離，進(jìn)而回收減少經(jīng)濟(jì)損失；
[0021] (4)本發(fā)明所得的0 _環(huán)糊精基電紡納米纖維當(dāng)被用作吸附劑的時候，由于紡絲 纖維的成膜性良好，吸附完畢后可以容易的從吸附液中取出并對其進(jìn)行脫吸附處理后可以 循環(huán)回收再利用；
[0022] (5)本發(fā)明所得的0 -環(huán)糊精基電紡納米纖維其原料易得，，操作簡單，環(huán)境友 好，成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0023] 圖1 :實施例1中陽離子染料亞甲基藍(lán)/陰離子染料甲基橙混合溶液動態(tài)分離前 后紫外吸收光譜；
[0024] 圖2 :實施例2中得到的0 -環(huán)糊精基電紡納米纖維染料吸附、分離膜掃描電子顯 微鏡照片；
[0025] 圖3 :實施例3中得到的的0 -環(huán)糊精基電紡納米纖維膜對于陽離子染料堿性品 紅的吸附容量隨時間的變化曲線，染料初始濃度60mg/L。
【具體實施方式】
[0026] 下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，