一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微納米尺度下具有多孔結(jié)構(gòu)的聚合物微球的制備方法，該方法通過分別量取適量的N,N?二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮，稱取一定量干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，制備得到靜電噴霧前驅(qū)體溶液，將靜電噴霧前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電噴霧實(shí)驗(yàn)，得到一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球，微球的尺寸為0.5?11.5μm，微球多孔孔徑為10.11?22.43nm，微球比表面積為3.94?15.18m2/g，微球多孔總孔體積為0.009?0.084cm3/g。將該聚合物多孔微球應(yīng)用于物質(zhì)的分離與富集、催化劑載體、醫(yī)用生物材料、離子吸附、廢水處理技術(shù)上。
【專利說明】
一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微納米尺度下具有多孔結(jié)構(gòu)的聚合物微球的制備方法，屬于納米微球的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔微球具有比表面積大、孔隙率高、表面活性高、吸附性強(qiáng)同時(shí)孔隙連接良好等突出優(yōu)點(diǎn)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和尺寸，其應(yīng)用范圍十分廣泛，在化學(xué)、生物、電、光、熱、磁器件等許多領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003]靜電噴霧技術(shù)是電流體動(dòng)力學(xué)射流技術(shù)中一個(gè)重要的分支，是通過高壓靜電作用使從針頭噴出的聚合物液滴帶電，然后通過液滴中溶劑揮發(fā)制備聚合物微納米微球的一種簡易方法。靜電噴霧過程中由于液滴帶電，同種電荷的庫侖力排斥作用有效地阻止了液滴之間的團(tuán)聚，同時(shí)使液滴穿透周圍的氣體介質(zhì)變得更容易。液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡可以通過在靜電噴霧過程中改變施加電壓的大小得到有效的控制，從而使得收集制備的微納米顆粒變得更加方便。通過靜電噴霧技術(shù)制備的微球單分散性好、純度高而且直徑可以達(dá)到微/納米尺度，并且利用靜電噴霧技術(shù)可以一步成型，不需要額外添加模板和后處理工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，微球的尺寸為0.5-11.5μπι，微球多孔孔徑為10.11-22.43nm，微球比表面積為3.94-15.18m2/g，微球多孔總孔體積為0.009-0.084cm3/go
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，依次包括以下步驟:
[0006]I)靜電噴霧前驅(qū)體溶液的配制:分別量取適量的N，N_二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮加入到10ml的螺口錐形瓶中，稱取一定量干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)粉末加入到裝有DMF/丙酮混合溶劑的螺口錐形瓶中，加入一個(gè)磁轉(zhuǎn)子，然后將錐形瓶置于數(shù)顯恒溫磁力攪拌器中水浴加熱，同時(shí)以一定的轉(zhuǎn)速攪拌，聚偏氟乙烯完全溶解于DMF/丙酮混合溶劑中，取出錐形瓶于室溫下靜置冷卻，得到透明、均一、澄清的聚合物溶液，所得溶液即為靜電噴霧前驅(qū)體溶液。
[0007]2)靜電噴霧步驟:將步驟I中的靜電噴霧前驅(qū)體溶液加入到螺口注射器中，將注射器安裝到微量注射栗上，通過微量注射栗控制注射速度;通過高壓直流電源裝置調(diào)節(jié)噴霧電壓;通過移動(dòng)鐵架臺調(diào)節(jié)噴頭至接收裝置的距離;然后開始靜電噴霧實(shí)驗(yàn)。
[0008]3)所得微球于室溫下使殘余溶劑完全揮發(fā)，使用場發(fā)射掃描電鏡觀察多孔微球形態(tài)，使用比表面積及孔徑分析儀測量多孔微球的比表面積、孔徑分布及總孔體積。
[0009]本發(fā)明以PVDF為靜電噴霧基材，采用的溶劑自身具有較強(qiáng)的揮發(fā)性。所獲得的多孔微球，擁有較大大的比表面積和活性位點(diǎn)，可以提高其負(fù)載和吸附能力，有望在物質(zhì)的分離與富集、催化劑載體、醫(yī)用生物材料、離子吸附、廢水處理等技術(shù)上有所應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于:提供了一種可用于制備具有表面通孔結(jié)構(gòu)的多孔聚合物微球的制備方法，該方法僅僅通過物理過程就實(shí)現(xiàn)了多孔微球的制備，制備過程不包含任何化學(xué)反應(yīng)，并且所得多孔微球具有表面通孔結(jié)構(gòu)。該方法工藝簡單，操作簡便，制備條件易控，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011]所述PVDF的相對分子質(zhì)量為300,000-900，000g.mol_l。
[0012]所述DMF/丙酮混合溶劑中DMF/丙酮體積比例為0:10-4:6。
[0013]所述靜電噴霧前驅(qū)體溶液中PVDF用量為Iwt %-5wt %。
[0014]所述微量注射栗注射速度為2.0-6.0mL/h ο
[0015]所述靜電噴霧電壓為6_18kV。
[0016]所述噴頭至接收裝置的距離為9_21cm。
[0017]所述水浴加熱溫度為40-60°C。
[0018]所述攪拌速度為100-1000rpm。
[0019]所述攪拌時(shí)間為0.5_4h。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明中靜電噴霧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2、圖3為實(shí)施例1所得PVDF多孔微球的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖片。
[0022]圖2為放大2000倍所得圖片；圖3為放大10000倍所得圖片。
[0023]圖4為實(shí)施例1所得的PVDF多孔微球的氮?dú)獾葴匚?脫附曲線。
[0024]圖5為實(shí)施例1所得的PVDF多孔微球的孔徑分布曲線。
[0025]圖6為實(shí)施例1所得的PVDF多孔微球的粒徑分布的直方圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]I)用量筒分別量取30ml丙酮加入到10ml的螺口錐形瓶中，即溶劑中DMF/丙酮體積比例為0:10；用電子分析天平稱取0.73gPVDF粉末加入到裝有丙酮的螺口錐形瓶中，加入一個(gè)磁轉(zhuǎn)子，擰緊瓶蓋，然后將錐形瓶置于數(shù)顯恒溫磁力攪拌器中在50°C水浴加熱，同時(shí)以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌2h，PVDF完全溶解于丙酮中，取出錐形瓶于室溫下靜置冷卻，得到透明、均一、澄清的聚合物溶液，所得溶液即為3wt %的PVDF靜電噴霧前驅(qū)體溶液。
[0028]2)將靜電噴霧前驅(qū)體溶液加入到50ml的螺口注射器中，將注射器安裝到微量注射栗上，通過微量注射栗控制注射速度為4.0ml/h;通過高壓直流電源裝置調(diào)節(jié)噴霧電壓為12kV;通過移動(dòng)鐵架臺調(diào)節(jié)噴頭至接收裝置的距離為15cm;然后開始靜電噴霧實(shí)驗(yàn)。
[0029]3)所得微球于室溫下放置一段時(shí)間使殘余溶劑完全揮發(fā);所得的PVDF多孔微球的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖片如圖2、圖3所示;所得的PVDF多孔微球的氮?dú)獾葴匚?脫附曲線如圖4所示;所得的PVDF多孔微球的孔徑分布曲線如圖5所示;所得的PVDF多孔微球粒徑分布的直方圖如圖6所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，依次包括以下步驟: 1)靜電噴霧前驅(qū)體溶液的配制:分別量取適量的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮加入至IJlOOml的螺口錐形瓶中，稱取一定量干燥的聚偏氟乙烯(PVDF)粉末加入到裝有DMF/丙酮混合溶劑的螺口錐形瓶中，加入一個(gè)磁轉(zhuǎn)子，然后將錐形瓶置于數(shù)顯恒溫磁力攪拌器中水浴加熱，同時(shí)以一定的轉(zhuǎn)速攪拌，聚偏氟乙烯完全溶解于DMF/丙酮混合溶劑中，取出錐形瓶于室溫下靜置冷卻，得到透明、均一、澄清的聚合物溶液，所得溶液即為靜電噴霧前驅(qū)體溶液； 2)靜電噴霧步驟:將步驟I中的靜電噴霧前驅(qū)體溶液加入到螺口注射器中，將注射器安裝到微量注射栗上，通過微量注射栗控制注射速度;通過高壓直流電源裝置調(diào)節(jié)噴霧電壓；通過移動(dòng)鐵架臺調(diào)節(jié)噴頭至接收裝置的距離;然后開始靜電噴霧實(shí)驗(yàn)； 3)所得微球于室溫下使殘余溶劑完全揮發(fā)，使用場發(fā)射掃描電鏡觀察多孔微球形態(tài)，使用比表面積及孔徑分析儀測量多孔微球的比表面積、孔徑分布及總孔體積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述PVDF的相對分子質(zhì)量為300,000-900，000g.moF103.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述DMF/丙酮混合溶劑中DMF/丙酮體積比例為0:10-4:6。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述靜電噴霧前驅(qū)體溶液中PVDF用量為lwt%-5wt%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述微量注射栗注射速度為2.0-6.0mL/h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述靜電噴霧電壓為6-18kV，所述噴頭至接收裝置的距離為9-21cm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述水浴加熱溫度為40-60 °C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的制備方法，其特征在于:所述攪拌速度為I OO-1OOOrpm，所述攪拌時(shí)間為0.5_4h。9.采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的制備方法得到的一種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納 球，微球的尺寸為0.5-11.5μπι，微球多孔孔徑為10.11-22.43nm，微球比表面積為3.94-15.18m2/g，微球多孔總孔體積為0.009-0.084cm3/g。10.—種多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球的應(yīng)用，將權(quán)利要求9的多孔結(jié)構(gòu)靜電噴霧納米微球應(yīng)用于物質(zhì)的分離與富集、催化劑載體、醫(yī)用生物材料、離子吸附、廢水處理技術(shù)上。
【文檔編號】C08J3/12GK105924657SQ201610393087
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】魯圣國, 鄧永茂, 陶濤, 梁波, 姚英邦
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)