一種β-環糊精基納米纖維膜及其制備方法以及在染料吸附、分離中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境納米新功能材料技術領域，具體涉及一種0 -環糊精基納米纖維 膜及其制備方法及其在染料吸附、分離中的應用。
【背景技術】
[0002] 隨著社會工業的迅猛發展，有機染料被廣泛的使用在諸多工業生產中（如化妝 品、造紙、印刷、皮革、紡織品、塑料等）。水體一旦被有機染料污染將對人類經濟及健康造成 巨大的威脅，因為大部分染料是不可降解，它們對光、熱、氧化劑都是穩定。所以染料廢水已 成為環境重點污染源之一，對其進行相應的處理已日益成為環保關注的熱點。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，使其在處理廢水領域 有著廣泛的應用。
[0003] 近些年來，靜電紡納米纖維在廢水處理領域被學者們廣泛的研究。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構來 進一步提尚吸附能力。
[0004] 環糊精是一種無毒、穩定的環狀低聚糖包括七個葡萄糖單元，通過a-(1，4) 糖苷鍵連接。環糊精具有特殊的環形結構，它的內腔是疏水的而其外表面是親水的。環 糊精分子洞適中，應用范圍廣，生產成本低。相比于其他兩種結構的環糊精（a-環糊精、 Y-環糊精），環糊精是目前工業上使用最多的環糊精產品。正是由于環糊精特殊 的環形結構，它可以與諸多分子形成主客體復合物，使其在可以被應用在廢水處理領域用 來吸附有機染料分子。而純的環糊精本體是水溶性物質，限制了其在水溶液介質的使 用能力。所以必須通過接枝或者交聯克服這一缺陷。
[0005] 基于以上背景，本發明提了一種環糊精基納米纖維膜、制備方法及其在染料 吸附、分離的應用。由于環糊精在溶劑N，N_二甲基甲酰胺中溶解性良好，所以本發明 的0 -環糊精基電紡納米纖維紡絲液溶劑為N，N-二甲基甲酰胺。通過結合靜電紡納米纖 維的結構特點以及環糊精的吸附屬性來制備對有機染料具有高吸附容量的吸附劑。為 了克服環糊精溶于水的這一問題本發明將交聯劑檸檬酸引入到電紡纖維中，通過原位 熱交聯使檸檬酸中的羧基與環糊精中的羥基反應形成酯鍵，來提高電紡纖維的耐水能力， 來使其具有在水介質中應用的潛力。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，所以其也起到交聯劑的作用。環糊精、聚丙烯酸、檸 檬酸都是生物相容性物質，并且紡絲夜溶劑N，N-二甲基甲酰胺在高溫交聯后可以有效去 除。所以制備的環糊精基電紡納米纖維是一種對環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行脫吸附處理后 可以循環再利用，并不會造成二次污染。由于制備的環糊精基電紡納米纖維含有豐富 的羧基（帶負點），所以其對陽離子染料展現了良好的吸附能力，對帶負電陰離子染料具有 靜電排斥。基于這個特性，制備的環糊精基電紡納米纖維可以實現對陽離子染料和陰 離子染料混合溶液的有效分離。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種0 _環糊精基納米纖維膜及其制備方法及其在染料吸 附、分離中的應用。
[0007] -種0 _環糊精基納米纖維膜，該膜由0 _環糊精、交聯劑檸檬酸及助紡高分子同 時也起到交聯劑作用的聚丙烯酸通過靜電紡絲技術和原位熱交聯方法相結合制備的，交聯 反應發生在0 _環糊精的羥基與檸檬酸、聚丙烯酸的羧基之間形成酯鍵，進而通過酯鍵連 接形成三維交聯結構，其結構示意如下：
[0009] -種0_環糊精基納米纖維膜的制備方法，有以下幾個步驟：
[0010] (1)將環糊精溶解在溶劑N，N-二甲基甲酰胺中攪拌至完全溶解，其中環 糊精的質量分數為15~25wt% ;
[0011] (2)待環糊精完全溶解后，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量分別是0 _環糊精質量的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，將紡絲液進行靜電紡絲；
[0013] (4)將步驟（3)得到的紡絲納米纖維膜放在數顯式電熱恒溫干燥箱內進行高溫原 位熱交聯，交聯溫度為170~220°C，交聯時間為1~3小時，交聯后的纖維水不溶率在95% 以上。
[0014] -種0_環糊精基納米纖維膜在染料吸附、分離中的應用，交聯后的纖維膜耐水 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、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行吸光度的測量，用測量后數據繪制標準曲 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使下通過0 _環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而得到分離效率。
[0017] 有益效果：
[0018] (1)本發明使用N，N-二甲基甲酰胺為紡絲液的溶劑，使0 -環糊精在紡絲液中的 含量大大增加，制備了以環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構特點和e-環糊精、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)本發明所得環糊精基電紡納米纖維中富含羧基（帶負點），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糊精基電紡納米纖維上，而陰離子 染料依然留在分離液中。可以對染料進行定向分離，進而回收減少經濟損失；
[0021] (4)本發明所得的0 _環糊精基電紡納米纖維當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行脫吸附處理后可以 循環回收再利用；
[0022] (5)本發明所得的0 -環糊精基電紡納米纖維其原料易得，，操作簡單，環境友 好，成本低廉，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0023] 圖1 :實施例1中陽離子染料亞甲基藍/陰離子染料甲基橙混合溶液動態分離前 后紫外吸收光譜；
[0024] 圖2 :實施例2中得到的0 -環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明做進一步的描述，