一種吸附水中重金屬螯合纖維材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 采礦、選礦、蓄電池、冶金、機械、電鍍及汽車等行業會產生大量含重金屬離子的廢 水，若不予以嚴格處理，終會污染水體和土壤。目前，我國很多水體和土壤中的重金屬離子 的含量嚴重超標，顯然這與上述污染緊密相關。土壤和水體中過量的重金屬元素，一方面， 對植物生長將產生不良影響，另一方面，積累在植物體內的重金屬易通過食物鏈將進入人 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、 操作方便等優點，而且吸附了金屬離子后，可以用酸堿溶液進行再生處理，材料的吸附功能 得以恢復的同時還能回收金屬離子，實現重金屬或稀有金屬的資源化。具有不同功能基團 的高分子螯合纖維對不同的金屬離子具有不同的選擇性及吸附能力，所以，對高分子螯合 纖維的研究，尤其聚丙烯（PP)螯合纖維，是近年來一個非常活躍的研究熱點。目前，對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的單體接 枝到PP主鏈上。但是，溶液接枝法反應時間長，需要有機溶劑的量很大，回收對環境有害的 有機溶劑的過程能耗高、成本大；熔融接枝法的接枝率低，反應溫度高（PP熔點以上實施）， 容易使PP降解或交聯，這將使得PP螯合纖維的力學性能變差，殘留于PP螯合纖維中未反 應的接枝單體及其均聚物在反應結束后難以去除，而這些未反應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?，但是固相接枝法產物的接枝率 不穩定，受原料顆粒大小和原料顆粒之間的粘結結塊影響很大，不能滿足制備螯合纖維的 需要。因此需要開發一種新的方法以解決現有技術存在的問題。

【發明內容】

[0004] 本發明解決了現有技術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 行活化和接枝反應，不涉及纖維材料的內部，處理條件溫和；同時纖維表面活性點多，接枝 率高，對重金屬的螯合容量大，而且容量可控。
[0005] 本發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容 是：先用等離子體使熔噴聚丙烯（PP)纖維表面活化，即產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上的環氧基官能團與二 乙烯三胺（DETA)反應，制備出在水中對重金屬離子具有高吸附容量PP螯合纖維。
[0006] 本發明的化學原理如下：
[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]
【主權項】
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生器引發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，讓其過氧化反應充分，得到表面具有過氧基 團的聚丙烯纖維； 3) 將表面具有過氧基團的聚丙烯纖維與甲基丙烯酸縮水甘油酯溶液反應，得到表面具 有甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團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接枝物的聚丙烯纖維與二乙烯三胺溶液 反應，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. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟1)的具體步驟如下： 將經過預處理的聚丙烯纖維置于等離子體發生器的反應器中，抽真空，用惰性氣體置 換反應器中的空氣4-5次，在持續的惰性氣氛保護下開啟等離子體發生器裝置的射頻發生 器，設定等離子體的氣氛壓強、等離子體放電功率和等離子體放電時間對聚丙烯纖維進行 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. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的等離子體氣氛壓強、等離子體 放電功率和等離子體放電時間分別為5-30Pa、10_30w和l_5min。
4. 根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的預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氣或氬氣。
5. 根據權利要求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，常溫擱置為1小時以上。
6. 根據權利要求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器中，抽真空，并從 溶液底部通入惰性氣體，以置換接枝反應器中的空氣4-5次，保持反應器中的氣氛壓強為 正壓，然后加熱，控制溫度65-115?，反應時間為1-6小時，讓聚丙烯纖維表面的過氧基團 的弱鍵斷裂成為新的大分子自由基，并引發甲基丙烯酸縮水甘油酯在其表面接枝聚合，反 應結束后，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接枝物的聚丙烯纖維。
7. 根據權利要求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氣或氬氣。
8. 根據權利要求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接枝物的聚丙烯纖維與二乙烯三胺溶液反應，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，反應溫度30-120°C，反應時間30-150min ; 反應結束后用蒸餾水洗滌至中性，經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. 根據權利要求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行活化和接枝反應，不涉及纖維材料的內部，處理條件溫和；同時纖維表面活性點多，接枝率高，對重金屬的螯合容量大，而且容量可控。本發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上的環氧基官能團與二乙烯三胺反應，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】CN104667891
【申請號】CN201510067994
【發明人】徐俊, 魏無際, 姚曉紅, 李夢星, 張超, 郭牧林
【申請人】南京工業大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月9日