一種吸附水中重金屬螯合纖維材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種纖維材料的制備方法，更具體地說是一種吸附水中重金屬螯合纖 維材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 采礦、選礦、蓄電池、冶金、機(jī)械、電鍍及汽車等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量含重金屬離子的廢 水，若不予以嚴(yán)格處理，終會(huì)污染水體和土壤。目前，我國很多水體和土壤中的重金屬離子 的含量嚴(yán)重超標(biāo)，顯然這與上述污染緊密相關(guān)。土壤和水體中過量的重金屬元素，一方面， 對(duì)植物生長將產(chǎn)生不良影響，另一方面，積累在植物體內(nèi)的重金屬易通過食物鏈將進(jìn)入人 體，危害人的健康。因此，尋找一種有效去除水中重金屬元素的新型吸附材料日顯重要。
[0003] 高分子螯合纖維材料比表面積大，具有吸附金屬離子的速度快、容量大、效率高、 操作方便等優(yōu)點(diǎn)，而且吸附了金屬離子后，可以用酸堿溶液進(jìn)行再生處理，材料的吸附功能 得以恢復(fù)的同時(shí)還能回收金屬離子，實(shí)現(xiàn)重金屬或稀有金屬的資源化。具有不同功能基團(tuán) 的高分子螯合纖維對(duì)不同的金屬離子具有不同的選擇性及吸附能力，所以，對(duì)高分子螯合 纖維的研究，尤其聚丙烯（PP)螯合纖維，是近年來一個(gè)非?；钴S的研究熱點(diǎn)。目前，對(duì)PP材 料的功能化改性，大多使用溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法將具有功能基團(tuán)的單體接 枝到PP主鏈上。但是，溶液接枝法反應(yīng)時(shí)間長，需要有機(jī)溶劑的量很大，回收對(duì)環(huán)境有害的 有機(jī)溶劑的過程能耗高、成本大；熔融接枝法的接枝率低，反應(yīng)溫度高（PP熔點(diǎn)以上實(shí)施）， 容易使PP降解或交聯(lián)，這將使得PP螯合纖維的力學(xué)性能變差，殘留于PP螯合纖維中未反 應(yīng)的接枝單體及其均聚物在反應(yīng)結(jié)束后難以去除，而這些未反應(yīng)的接枝單體及其均聚物大 多具有較大的極性，容易遷移到水中，水將受到二次污染；固相接枝法與溶液接枝法相比消 耗的有機(jī)溶劑雖然較少，與烙融接枝相比接枝率雖然較1?，但是固相接枝法產(chǎn)物的接枝率 不穩(wěn)定，受原料顆粒大小和原料顆粒之間的粘結(jié)結(jié)塊影響很大，不能滿足制備螯合纖維的 需要。因此需要開發(fā)一種新的方法以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，提供一種吸附水中重金屬螯合纖維 材料的制備方法，本發(fā)明的制備過程是在低溫等離子體場中，僅在成品纖維材料的表層進(jìn) 行活化和接枝反應(yīng)，不涉及纖維材料的內(nèi)部，處理?xiàng)l件溫和；同時(shí)纖維表面活性點(diǎn)多，接枝 率高，對(duì)重金屬的螯合容量大，而且容量可控。
[0005] 本發(fā)明的用等離子體表面活化法制備吸附水中重金屬螯合纖維材料的主要內(nèi)容 是：先用等離子體使熔噴聚丙烯（PP)纖維表面活化，即產(chǎn)生大量的大分子自由基，接著將 大分子自由基與空氣接觸，使PP纖維表面帶有有機(jī)過氧化物或過氧化氫，然后用甲基丙烯 酸縮水甘油酯（GMA)單體在PP纖維表面接枝聚合，最后再利用GMA上的環(huán)氧基官能團(tuán)與二 乙烯三胺（DETA)反應(yīng)，制備出在水中對(duì)重金屬離子具有高吸附容量PP螯合纖維。
[0006] 本發(fā)明的化學(xué)原理如下：
[0007] 1、在惰性氣體氣氛的等離子場中PP纖維表面生成大量大分子自由基：
[0008]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種吸附水中重金屬螯合纖維材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 采用低溫等離子體發(fā)生器引發(fā)活化聚丙烯纖維表面，得到表面活化的聚丙烯纖維； 2) 將表面活化的聚丙烯纖維與空氣接觸，讓其過氧化反應(yīng)充分，得到表面具有過氧基 團(tuán)的聚丙烯纖維； 3) 將表面具有過氧基團(tuán)的聚丙烯纖維與甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液反應(yīng)，得到表面具 有甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團(tuán)接枝物的聚丙烯纖維； 4) 將表面具有甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團(tuán)接枝物的聚丙烯纖維與二乙烯三胺溶液 反應(yīng)，得到聚丙烯-g-GMA-DETA螯合纖維即具有高吸附容量的吸附水中重金屬螯合纖維材 料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟1)的具體步驟如下： 將經(jīng)過預(yù)處理的聚丙烯纖維置于等離子體發(fā)生器的反應(yīng)器中，抽真空，用惰性氣體置 換反應(yīng)器中的空氣4-5次，在持續(xù)的惰性氣氛保護(hù)下開啟等離子體發(fā)生器裝置的射頻發(fā)生 器，設(shè)定等離子體的氣氛壓強(qiáng)、等離子體放電功率和等離子體放電時(shí)間對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行 表面活化處理，得到表面大分子自由基活化了的聚丙烯纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的等離子體氣氛壓強(qiáng)、等離子體 放電功率和等離子體放電時(shí)間分別為5-30Pa、10_30w和l_5min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的預(yù)處理過程是將聚丙烯纖維用 丙酮洗滌后離心并干燥；所述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br>5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟2)的具體步驟如下：將表面活化 的聚丙烯纖維與空氣接觸，常溫?cái)R置為1小時(shí)以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3)的具體步驟如下：將表面具有 過氧基團(tuán)的聚丙烯纖維放到有甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液的接枝反應(yīng)器中，抽真空，并從 溶液底部通入惰性氣體，以置換接枝反應(yīng)器中的空氣4-5次，保持反應(yīng)器中的氣氛壓強(qiáng)為 正壓，然后加熱，控制溫度65-115?，反應(yīng)時(shí)間為1-6小時(shí)，讓聚丙烯纖維表面的過氧基團(tuán) 的弱鍵斷裂成為新的大分子自由基，并引發(fā)甲基丙烯酸縮水甘油酯在其表面接枝聚合，反 應(yīng)結(jié)束后，用丙酮洗滌，以去除纖維表面的甲基丙烯酸縮水甘油酯單體和均聚物，經(jīng)離心甩 干和干燥后，得到表面具有甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團(tuán)接枝物的聚丙烯纖維。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液的 溶劑為N，N-二甲基甲酰胺和水的混合液，甲基丙烯酸縮水甘油酯與溶劑的體積百分比為 10-50%，混合液中N，N-二甲基甲酰胺和水的體積比為1:1 ;所述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br>8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟4)的具體步驟如下：將表面具有 甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團(tuán)接枝物的聚丙烯纖維與二乙烯三胺溶液反應(yīng)，其中二乙烯三 胺溶液中的溶劑為異丙醇、異丙醇與水的混合液、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基甲酰胺 與水的混合液，二乙烯三胺的濃度為0. lmol/L，反應(yīng)溫度30-120°C，反應(yīng)時(shí)間30-150min ; 反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水洗滌至中性，經(jīng)離心甩干和干燥后得到聚丙烯-g-GMA-DETA螯合纖維 即具有高吸附容量的吸附水中重金屬螯合纖維材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述的異丙醇與水的混合液中異丙醇 與水的體積比為I: I ;N，N-二甲基甲酰胺與水的混合液中N，N-二甲基甲酰胺與水的體積比 為 1:1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種吸附水中重金屬螯合纖維材料的制備方法，本發(fā)明的制備過程是在低溫等離子體場中，僅在成品纖維材料的表層進(jìn)行活化和接枝反應(yīng)，不涉及纖維材料的內(nèi)部，處理?xiàng)l件溫和；同時(shí)纖維表面活性點(diǎn)多，接枝率高，對(duì)重金屬的螯合容量大，而且容量可控。本發(fā)明的方法是先用等離子體使熔噴聚丙烯纖維表面活化，即產(chǎn)生大量的大分子自由基，接著將大分子自由基與空氣接觸，使PP纖維表面帶有有機(jī)過氧化物或過氧化氫，然后用甲基丙烯酸縮水甘油酯單體在PP纖維表面接枝聚合，最后再利用GMA上的環(huán)氧基官能團(tuán)與二乙烯三胺反應(yīng)，制備出可以吸附水中重金屬螯合纖維材料。
【IPC分類】B01J20-30, C02F1-28, D06M14-10, D06M13-332, B01J20-26, D06M10-06, C02F1-62
【公開號(hào)】CN104667891
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510067994
【發(fā)明人】徐俊, 魏無際, 姚曉紅, 李夢(mèng)星, 張超, 郭牧林
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日