一种纳米纤维材料、其制备方法及其在化工废水硝基苯监测中的应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米纤维材料，其包括聚合物基质和荧光剂。本发明专利技术还涉及一种所述纳米纤维材料的制备方法，通过电纺丝技术制备新型纳米纤维材料，该方法简单易行、快速高效、成本较低，具有较好的普适性。制备得到的新型纳米纤维材料具有新颖独特的纳米纤维形貌，用于废水中硝基苯监测对硝基苯的检测限很低，对废水中硝基苯的响应时间短，所述材料再生性能优良，可重复利用。

A nanofiber material, its preparation method and its application in nitrobenzene monitoring of chemical wastewater

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维材料、其制备方法及其在化工废水硝基苯监测中的应用
本专利技术属于新材料及其制备
，具体涉及一种纳米纤维材料、其制备方法及其在化工废水硝基苯监测中的应用。
技术介绍
近年来，一维纳米材料由于其具有优越的性质和应用价值，其研究和应用被研究者广泛关注。大量的研究致力于纳米纤维、纳米管、纳米棒、纳米线、纳米环等多种形态纳米材料的制备和构建。已有的方法如熔体振颤、气相喷射、纳米光刻、自组装等，往往受到材料范畴窄、纤维聚集、成本高、产率低等限制。在一维纳米材料制备的多种方法中，电纺丝技术现已成为一种实用高效的制备纳米纤维材料的方法。与普通力学拉伸相比，静电纺丝同样提供一种连续制备过程，然而通过不同于力学拉伸的高电压作用，能够制备得到比普通力学拉伸所得直径更细的纳米纤维。电纺丝技术可以实现高产量生产，设备简单，成本低廉，成为学术界和工业界关注的热点。电纺纤维材料本质上具有固有的三维多孔结构，并具有长度长、比表面积高、尺寸可控等优点。因此电纺丝技术能够在增强材料、组织工程、分离技术、酶和催化剂的固定、电子器件等诸多领域得到广泛应用。具有次级多孔结构的电纺纤维膜包括核壳、中空、多孔的微观结构，这些结构丰富了电纺纤维的次级形貌，并进一步提高材料的比表面积，成为电纺丝技术研究热点之一。石化企业排放废水中硝基苯的监测和治理是中石化多家石化企业的任务和亟待研究的课题。硝基苯类化合物广泛用于医药、农药、染料、造纸、纺织等工业领域，属于难降解物质，会在环境中大量积累，污染地表水、地下水及土壤。随着精细化工的迅速发展，生产苯胺类物质的化工企业的增多及其规模的扩大使得硝基苯类的需求量明显上升，突发环境污染事故的可能性增大。硝基苯已被列为美国饮用水中检出的有机污染物及EPA制订的优先污染物，也被列为我国环境污染物黑名单。开发用于硝基苯的快速灵敏的检测技术具有重要的意义。现有硝基苯监测方法多为色谱及色谱质谱联用等方法。然而此法相对耗时繁琐，仪器庞大，预处理复杂，仪器成本和维护费用较高，不适合现场监测。专利CN105363394A报道了通过制备磁性分子印迹微球和合成胶束/聚合物的方法，该法的合成反应、修饰和富集过程相对繁琐复杂，成本较高，且检测灵敏度有待提高。专利CN101382550A报道了酶联免疫试剂法测定硝基苯，此法保存条件苛刻，且检测限有待进一步降低。专利CN103257138A报道了基于显色传感机理的电纺丝材料，然而其富集和显色过程相对繁琐费时，且响应灵敏度有待提高。现有的电纺纤维荧光材料的构建方式主要是共价修饰和静电层层自组装。这些构建方式存在制备周期长、合成步骤繁琐、荧光剂泄露等缺点。发展新的构建方式，提高材料稳定性、重现性和再生性，发展高灵敏度、高选择性的检测新材料是电纺纤维荧光传感材料的发展方向。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种稳定性、重现性和再生性好，灵敏度和选择性高的具有荧光传感功能的纳米纤维材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型的纳米纤维材料及其制备方法，该方法将原料制成电纺原液，通过电纺丝技术制备纳米纤维薄膜材料，方法简单快速，普适性好，制备的纳米纤维材料稳定性、重现性和再生性好，用于化工废水硝基苯监测中具有灵敏度和选择性高的特点。为此，本专利技术第一方面提供了一种纳米纤维材料，其包含聚合物基质和荧光剂。根据本专利技术所述的纳米纤维材料，所述纳米纤维材料具有一维纳米纤维形貌。根据本专利技术所述的纳米纤维材料，所述纳米纤维的直径为200-600nm。根据本专利技术所述的纳米纤维材料，基于100重量份的所述聚合物基质，所述荧光剂的含量为5-10重量份。在本专利技术的一些优选的实施方式中，基于100重量份的所述聚合物基质，所述荧光剂的含量为6-8重量份。根据本专利技术所述的纳米纤维材料，所述聚合物基质包含纤维素有机酸酯。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述聚合物基质包含醋酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素或乙酸丁二酸纤维素中的至少一种。根据本专利技术所述的纳米纤维材料，所述荧光剂包含蒽系荧光剂。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述荧光剂包含9-氯甲蒽、9-蒽醛、9-蒽甲醇、9-甲基蒽、9-乙酰基蒽、9-溴蒽或9-乙烯基蒽中的至少一种。本专利技术第二方面提供了一种根据本专利技术第一方面所述的纳米纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：S1，将聚合物基质、荧光剂和溶剂混合，制备电纺原液；S2，将电纺原液通过电纺丝制备得到电纺纳米纤维；S3，将电纺纳米纤维中的溶剂除去，得到纳米纤维材料。根据本专利技术所述的纳米纤维材料的制备方法，所述溶剂包含溶剂I和溶剂II组成的混合溶剂；所述溶剂I包含酰胺类极性溶剂，所述溶剂II包含酮类溶剂。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述溶剂I包含N,N二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲基乙酰胺或N-乙基乙酰胺中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述溶剂II包含丙酮、环己酮、甲乙酮或甲基异丁基酮中的至少一种。根据本专利技术所述的纳米纤维材料的制备方法，所述电纺原液中，基于100重量份的聚合物基质，荧光剂的含量为5-10重量份；溶剂的含量为400-1000重量份。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述电纺原液中，基于100重量份的聚合物基质，荧光剂的含量为6-8重量份；溶剂的含量为500-800重量份。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述溶剂中溶剂I和溶剂II的质量比为1:(1-4)。在本专利技术的一些进一步优选的实施方式中，所述溶剂中溶剂I和溶剂II的质量比为1:(1.5-3)。在本专利技术的一些优选的实施方式中，在步骤S2中，所述电纺丝采用电纺设备，所述电纺设备包括注射器和接收器，所述注射器的推速为0.8-1.5mL/h，所述接收器的转速为500-700r/min；所述注射器的针头距离接收器的距离为12-18cm，所述电纺丝的电压为10-20kV，电纺时间8-10min。在本专利技术的一些优选的实施方式中，在步骤S3中，采用烘干除去溶剂，所述烘干的温度为60-80℃；所述烘干的时间为10-15小时。本专利技术第三方面提供了一种根据本专利技术第一方面所述的纳米纤维材料或根据本专利技术第二方面的所述制备方法得到的纳米纤维材料在化工废水硝基苯监测中的应用，其包括将所述纳米纤维材料浸入化工废水中1-3分钟后，检测所述纳米纤维材料在420nm处的荧光发射信号。通过公式(I)计算硝基苯对纳米纤维材料的荧光猝灭率，通过公式(II)计算废水中硝基苯的浓度。Q＝(F0-F)/F0(I)F0/F＝Kc+b(II)其中，Q为荧光猝灭率，F为纳米纤维材料在废水中的荧光强度，F0为纳米纤维材料本身的初始荧光强度；c为废水中硝基苯的浓度，K和b值通过制作标准曲线而获得。所述标准曲线的制作方法为：测定不同浓度的硝基苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米纤维材料，包含聚合物基质和荧光剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维材料，包含聚合物基质和荧光剂。


2.根据权利要求1所述的纳米纤维材料，其特征在于，所述纳米纤维材料具有一维纳米纤维形貌；所述纳米纤维的直径为200-600nm；优选地，基于100重量份的所述聚合物基质，所述荧光剂的含量为5-10重量份，优选6-8重量份。


3.根据权利要求1或2所述的纳米纤维材料，其特征在于，所述聚合物基质包含纤维素有机酸酯；优选地，所述聚合物基质包含醋酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸苯二甲酸纤维素和乙酸丁二酸纤维素中的至少一种。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米纤维材料，其特征在于，所述荧光剂包含蒽系荧光剂；优选地，所述荧光剂包含9-氯甲蒽、9-蒽醛、9-蒽甲醇、9-甲基蒽、9-乙酰基蒽、9-溴蒽和9-乙烯基蒽中的至少一种。


5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的纳米纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1，将聚合物基质、荧光剂和溶剂混合，制备电纺原液；
S2，将电纺原液通过电纺丝制备得到电纺纳米纤维；
S3，将电纺纳米纤维中的溶剂除去，得到所述纳米纤维材料。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包含溶剂I和溶剂II组成的混合溶剂；优选地，所述溶剂I包含酰胺类极性溶剂，所述溶剂II包含酮类溶剂；更优选地，所述溶剂I包含N,N二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲基乙酰胺或N-乙基乙酰胺中的至少一种，所述溶剂II包含丙酮、环己酮、甲乙酮或甲基异丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇斐，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11