一种快速制备纤维状多孔材料的技术
技术领域
本发明涉及多孔材料技术领域，涉及一种纤维状多孔材料快速制备的技术。
背景技术
多孔纤维具有比表面积大，孔隙率高，吸附性强等突出优点，在催化、吸附和分离等领域展现了巨大的应用前景。目前常用的制备多孔纤维的方法有模板法和静电纺丝法。
模板法常用多孔氧化硅、多孔阳极氧化铝等多孔材料作为模板剂来制备多孔材料。
刘康恺等以分子筛为模板剂制备了氮掺杂的多孔碳纤维(刘康恺，韩云龙，孟龙月等.Zeolites模板法制备氮掺杂多孔碳材料及其CO2吸附性能[J].实验室研究与探索，2018，37(09)：29-32.)；
赵德川等采用分子模板策略制备了具有极高CO2吸附与分离效率的多胺注入多孔有机聚合物(POPs)(赵德川，孔春龙，杜红斌等.分子模板法策略制备多胺注入的多孔有机聚合物实现高效CO2捕获与分离[J].Science China Materials，2019，62(03)：448-454.)；
官成兰采用高内相比乳液模板法制备得到了聚丙烯酸异辛酯(PEHA)/MTQ硅树脂和聚苯乙烯(PS)/MTQ硅树脂两种类型的多孔聚合物材料(官成兰.乳液模板法制备含硅多孔聚合物材料[D].湖北大学，2016.)。
静电纺丝法具有纤维直径较小、形貌可控的优点，且加工过程简单，适用范围广。
刘瑞来等以DMF/二氯甲烷或丙酮/DCM为溶剂，通过静电纺丝制备了PLLA/CA复合多孔超细纤维，且纤维内部的孔为相互贯穿的连通孔(刘瑞来，刘俊劭，刘海清.聚乳酸/醋酸纤维素复合多孔超细纤维的制备[J].高分子学报，2013(10)：1312-1318.)。
李静等采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合纳米纤维，经预氧化、高温炭化，制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CNF)(李静，乔辉，魏取福.静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维[J].电池，2011，41(03)：132-134.)。
湿法纺丝是将成纤高分子聚合物溶解于溶剂中制成纺丝溶液，由喷丝头喷出形成粘液细丝流，进入凝固液中，由于粘液细丝流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细丝流中渗透，使细丝流凝固成纤维。本发明采用湿法纺丝共发泡技术能够快速制备多孔纤维，以异氰酸酯作为发泡剂。异氰酸酯能够与水反应，产生大量的二氧化碳，致使纤维内部孔的形成。
发明内容
本发明的目的是一种快速制备纤维状多孔材料的技术，本发明制备溶解在1)N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)体系；2)氯仿体系；3)四氢呋喃体系的聚丙烯腈(PAN)、聚氨酯(PU)、聚苯二甲酰苯二胺(PIMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、纤维素乙酸酯(CA)等聚合物的前驱体溶液，并添加异氰酸酯；此后，使所述体系前驱体溶液经湿法纺丝快速制备为具有高孔隙率的纤维状多孔材料。本发明制备时间短，制备工艺简单，能够应用于吸附、分离、过滤、催化、载体等领域。
本发明的其它特征和方面在下文进行详细介绍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明适用性更广：能够应用于：①聚丙烯腈(PAN)、聚氨酯(PU)、聚苯二甲酰苯二胺(PIMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、纤维素乙酸酯(CA)等易于溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)的体系；②氯仿体系；③四氢呋喃体系。
2)本发明原料易得，制备工艺简单：通过控制异氰酸酯的质量占比，能够调控孔结构与孔隙率。
3)部分所制纤维状多孔材料如PAN、PIMA可以进一步碳化得到高性能多孔碳材料。
4)PVDF、CA可以作为多孔材料应用于油水分离领域。
附图说明
图1为纤维状多孔材料实物图；图2为多孔碳材料实物图；图3为纤维状多孔材料电镜图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
配置质量分数为10％的PAN/DMF或DMAC，在60℃下加热搅拌3小时，待溶液冷却后加入异氰酸酯，质量分数为8％，在50℃下加热搅拌25分钟，超声15分钟，以去离子水为凝固浴进行湿法纺丝，纺丝速度为20mm/h，牵伸倍数为1.1倍。此后，将制得的纤维超声20分钟，在50℃下烘干，即可得到具有高孔隙率的纤维状多孔材料。将纤维状多孔材料置于管式炉进行碳化得到多孔碳材料，温度为700℃，升温速率为5℃/min，保温1h。
实施例2
配置质量分数为12％的PIMA/DMF或DMAC，加入异氰酸酯，质量分数为8％，在50℃下加热搅拌25分钟，超声15分钟，以去离子水为凝固浴进行湿法纺丝，纺丝速度为20mm/h，牵伸倍数为1.2倍。此后，将制得的纤维超声20分钟，在50℃下烘干，即可得到具有高孔隙率的纤维状多孔材料。将纤维状多孔材料置于管式炉进行碳化得到多孔碳材料，温度为700℃，升温速率为5℃/min，保温1h。。
实施例3
配置质量分数为18％的PVDF/DMF或DMAC，加入异氰酸酯，质量分数为8％，在50℃下加热搅拌25分钟，超声15分钟，以去离子水为凝固浴进行湿法纺丝，纺丝速度为20mm/h，牵伸倍数为1.2倍。此后，用2mol/L的NaOH溶液去除多孔材料中的反应副产物，洗涤后在50℃下烘干，即可得到具有高孔隙率的纤维状多孔材料。
实施例4
配置质量分数为15％的PU/DMF或DMAC，在60℃下加热搅拌3小时，待溶液冷却后加入异氰酸酯，质量分数为8％，在50℃下加热搅拌25分钟，超声15分钟，以去离子水为凝固浴进行湿法纺丝，纺丝速度为20mm/h，牵伸倍数为3.5倍。此后，用2mol/L的NaOH溶液去除多孔材料中的反应副产物，洗涤后在50℃下烘干，即可得到具有高孔隙率的纤维状多孔材料。
实施例5
像在实施例3中那样制得纤维状多孔材料，不同的是聚合物改为CA。
实施例6
像在实施例1中那样制得纤维状多孔材料，不同的是溶剂改为氯仿。
实施例7
像在实施例1中那样制得纤维状多孔材料，不同的是溶液改为四氢呋喃。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
