一种海藻酸钠‑聚丙烯功能化重金属吸附纤维的制备方法

摘要

本发明公开一种海藻酸钠‑聚丙烯功能化重金属吸附纤维的制备方法，包含以下步骤：将聚合物基质材料在合适的溶剂中超声共混形成聚合物溶液；通过静电纺丝法将制备好的聚合物溶液制成纳米重金属纤维吸附材料；将该纳米重金属纤维吸附材料进行功能化，功能化操作步骤为：在圆底烧瓶中，加入NaOH溶液，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温；用冰水浴控制体系温度，加入制备好的纳米重金属纤维吸附材料，在搅拌下逐滴加入二硫化碳；滴加结束后逐渐升温，之后用蒸馏水反复洗涤纤维材料即可。本发明操作简便，安全，并且所制备的纤维材料具有直径小，孔隙率和比表面积大，对重金属离子吸附能力强的优点，在环境治理、水质净化方面具有很好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维材料的制备方法，特别涉及一种吸附水中重金属功能化纤维的制备方法，具体的说是一种海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维的制备方法。

背景技术

环境污染主要包括大气污染、水污染、固体废弃物污染、噪音污染。而重金属既可以直接进入大气、水体和土壤，造成各类环境要素的直接污染；也可以在大气、水体和土壤中相互迁移，造成各类环境要素的间接污染。由于重金属不能被微生物降解，在环境中只能发生各种形态之间的相互转化，所以，重金属污染的消除往往更为困难，对生物引起的影响和危害也是人们更为关注的问题。随着我国工业化进程的不断发展，产生的环境负面效应不容忽视。

目前，重金属处理主要靠吸附方法进行处理，传统的吸附材料在处理能力、脱附等方面有很大的不足。离子交换纤维是一种纤维状离子交换材料，本身含有固定离子以及和固定离子符号相反的活动离子，当与能解离化合物的溶液相接触时，活动离子即可与溶液中相同符号的离子进行交换，一般以各种化学合成材料为基体，经大分子化学转换或接枝反应而得到的一种新型的功能性纤维材料。离子交换纤维是在离子交换树脂产品基础上开发的具有一定特性的功能新材料。二者的作用机理是一样的，都是靠基团上的阴阳离子起交换作用，树脂一般是球状的，工业树脂的粒径一般在0.3～1.5mm之间，纤维是无定形的更小一些，可以说离子交换树脂可以应用的领域，离子交换纤维就可以更好的替代离子交换树脂。

由于离子交换纤维具有的比表面积大、并且还可以以不同形式(如无纺布，膜等)在实际中应用，在某些离子交换树脂使用困难的领域，离子交换纤维具有独特的优势。因此，开发新型的功能化离子交换纤维对于环境治理方面具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有重金属处理技术中存在的问题与不足，提供一种海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维的制备方法，本发明制备出的海藻酸钠-聚丙烯纤维材料直径在10～800ppm，比表面积达到2000m²/g，然后在纤维材料的表层进行活化和接枝反应，不涉及纤维材料的内部；该制备方法简单易操作，得到的功能化吸附纤维对重金属离子的交换容量大。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维的制备方法，该制备方法包含以下步骤：

(1)将聚合物基质材料在溶剂中超声共混形成聚合物溶液；

(2)通过静电纺丝法将制备好的聚合物溶液制成纳米重金属纤维吸附材料；

(3)将该纳米重金属纤维吸附材料进行功能化。

步骤(1)中所述的聚合物基质材料是海藻酸钠、聚丙烯、聚乙烯吡咯烷酮。

步骤(1)中所述的溶剂选自甲醇、甲酸、乙醇、乙酸、四氢呋喃、丙醇、异丙醇中的一种或上述溶液的混合溶剂。

步骤(1)中所述的海藻酸钠质量是共混聚合物溶液质量的15.21％～28.50％，聚乙烯吡咯烷酮质量是共混聚合物溶液质量的5.16％～15.35％，聚丙烯是共混聚合物溶液质量的20.65％～35.25％。

步骤(3)中所述的纳米重金属纤维吸附材料进行功能化操作步骤如下：

(1)在圆底烧瓶中，加入NaOH溶液，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温；

(2)用冰水浴控制体系温度，加入制备好的纳米重金属纤维吸附材料，在搅拌下逐滴加入二硫化碳；

(3)滴加结束后逐渐升温，保温反应2h，之后用蒸馏水反复洗涤纤维材料即可得到功能化重金属吸附纤维材料。

上述NaOH溶液的质量分数为5.0％～16.5％；纳米重金属纤维吸附材料的质量是NaOH溶液质量的0.2％～1.0％，滴加的二硫化碳质量是NaOH溶液质量的8％～16％；保温温度为30～45℃。

上述功能化重金属吸附纤维材料直径小，孔隙率和比表面积较大，纤维直径10～800ppm；功能化重金属吸附纤维材料对于重金属离子具有很好的吸附性能。

本发明的有益效果：本发明将海藻酸钠和聚丙烯混合溶液通过静电纺丝法制备具有重金属离子吸附功能的海藻酸钠-聚丙烯复合纤维，然后对该复合纤维进行功能化改性，该纤维对于水中重金属离子具有很好的吸附效果。

具体实施方式

以下通过具体实施例说明本发明，但本发明不仅仅限定于这些实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯3.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.5g，加入到100ml 30％的乙酸水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；

利用静电纺丝装置将上述海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液(即聚合物溶液，下同)制成纳米纤维(即纳米重金属纤维吸附材料，下同)；

静电纺丝法具体步骤和参数为：在静电纺丝时，将上述制备的聚合物溶液置于注射器中，高压静电发生器的正极连接针头，负极连接在洁净的裸电极上，电压为15V，针头与电极距离15cm，采用微量注射泵供液，由高压静电发生器产生的高压静电直接施加在注射器针头上，纳米纤维收集于裸电极上；环境温度为20～25℃，湿度控制在30～40％(静电纺织步骤和参数下同)；

将该纳米重金属纤维吸附材料进行功能化：首先在100mL圆底烧瓶中，加入2.4g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度在0℃，加入0.1g交联纤维膜(即纳米重金属纤维吸附材料，下同)，再逐滴加入2.4mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至35℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

实施例2

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯2.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.5g，加入到100ml 30％的乙酸水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；利用静电纺丝装置将海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液制成纳米纤维；在100mL圆底烧瓶中，加入2.4g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度，加入0.1g交联纤维膜，再逐滴加入2.4mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至35℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

实施例3

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯3.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.6g，加入到100ml 30％的乙酸水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；利用静电纺丝装置将海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液制成纳米纤维；在100mL圆底烧瓶中，加入2.0g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度，加入0.1g交联纤维膜，再逐滴加入2.4mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至35℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

实施例4

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯3.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.5g，加入到100ml 30％的乙酸水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；利用静电纺丝装置将海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液制成纳米纤维；在100mL圆底烧瓶中，加入2.4g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度，加入0.1g交联纤维膜，再逐滴加入2.4mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至30℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

实施例5

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯3.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.5g，加入到100ml 30％的乙酸水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；利用静电纺丝装置将海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液制成纳米纤维；在100mL圆底烧瓶中，加入2.4g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度，加入0.1g交联纤维膜，再逐滴加入3.0mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至40℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

实施例6

取海藻酸钠4.0g，聚丙烯3.0g，聚乙烯吡咯烷酮0.8g，加入到100ml 30％的乙醇水溶液中，超声形成共混形成均一聚合物溶液，即为静电纺丝溶液；利用静电纺丝装置将海藻酸钠-聚丙烯共聚溶液制成纳米纤维；在100mL圆底烧瓶中，加入2.4g NaOH和20mL蒸馏水，搅拌下使氢氧化钠溶解，冷却至室温，用冰水浴控制体系温度，加入0.1g交联纤维膜，再逐滴加入2.4mL二硫化碳，滴加结束后逐渐升温至35℃，保温反应2h，用蒸馏水反复洗涤纤维膜，在45℃真空干燥至恒重，即得到海藻酸钠-聚丙烯功能化重金属吸附纤维。

本发明操作简便，安全，并且所制备的纤维材料具有直径小，孔隙率和比表面积大，对重金属离子吸附能力强的优点，在环境治理、水质净化方面具有很好的应用前景。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。