CN103285710B - 一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法。把纤维浸泡在含有单体、光敏剂、交联剂、引发转移终止剂的异丙醇和水的混合溶剂中，在室温下用紫外辐射，取出洗净无纺布表面的均聚物，并在60℃的真空烘箱里烘干，得到接枝无纺布；对苯乙烯气体的静态吸附：将改性的无纺布放在浓度为100～3000mg/m3，体积为300ml的密闭容器中对苯乙烯气体进行吸附，容器内苯乙烯气体浓度降低了70％～94％；对苯乙烯气体的动态吸附：苯乙烯气体的入口浓度为200～500mg/m3，出口浓度为20～60mg/m3；本发明工艺简单，生产流程短，生产成本低，原材料来源广泛，且适用性广，工业化推广实施容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，属于功能高分子材料和环境领域。
背景技术
苯乙烯是一种重要的化学单体，广泛应用于合成塑料、树脂及橡胶等化学工业，苯乙烯年产量均以106t计，以苯乙烯为单体的塑胶行业中产生大量的苯乙烯废气，它是毒性较强的化学危险品，可被呼吸道、皮肤以及消化道所吸收。同时，苯乙烯也存在于环境中，在香烟烟雾、汽车尾气、饮用水和食品包装中均有发现，不仅对生态环境造成极大的影响，还严重危害人类的身体健康。1996年，世界卫生组织(WHO)的国际癌症研究小组对苯乙烯进行深入的研究后得出结论，苯乙烯有致癌作用。呼吸苯乙烯气体会使人产生淋巴瘤、造血系统瘤和非瘤疾病，尤其是中枢神经系统的疾病，后者具有潜伏性。随着呼吸苯乙烯气体时间的持续和剂量的积累，致使危险性更大。苯乙烯属于芳香类碳氢化合物，在国家标准《恶臭污染物排放标准》(GB-14554-93)中被列为恶臭污染物，且是八大受限污染物之一。逸散在空气中的恶臭物质对人类的危害，在七大公害中仅次于噪声而居于第二位，因此世界各国对恶臭污染都给予了高度重视。
目前处理苯乙烯的方法主要有吸收法、冷凝法、生物膜法、吸附法、热破坏法。生物膜法【Performance of a fungal monolith bioreactor for the removal of styrene from polluted air，2009.10】就是将微生物(人工培养)固定附着在多孔性介质填料表面，并使污染气体在填料床层中进行生物处理，可将其中污染物除去，并使之在空隙中降解。这种方法国外研究较短，国内研究极少，近几年迅速发展起来，尚未取得实际应用。吸收法【吸附法净化有机废弃模拟与实验研究，湖南大学硕士学位论文，2007.4】主要利用苯类有机废气能与大部分油类物质互溶的特点，用高沸点、低蒸汽压的油类作为吸收剂来吸收废气中的有机物。但其吸收的范围有限。吸收剂难以选取，吸收后的吸收溶液需进一步处理，有可能造成二次污染，并且费用较高，限制了其实际应用。冷凝法工艺原理简单，可直接回收液态目标化合物，但冷凝法要达标需要降到很低的温度，能耗非常高。热破坏法是目前应用比较广泛、研究较多的有机废气治理方法，特别是对于低浓度有机废气。有机化合物的热破坏可分为直接火焰燃烧和催化燃烧，其过程是复杂的，并且可能包括一系列分解、聚合及自由基反应。适用于成分复杂，浓度较高的VOCs气体，具有效率高，处理效果好等优点，目前在工业上广泛使用，对于室内的低浓度有机气体而言不太适用，同时燃烧烟气的容易导致二次污染问题。吸附法是处理有机废气方法中应用最为广泛的一种。吸附剂有天然或合成的、有机或无机的，种类繁多，而实用性高的吸附剂种类却很少，吸附苯乙烯所用的传统吸附剂是活性炭【活性炭吸附处理苯和甲苯气体的性能及机理研究，昆明理工大学博士学位论文，2010.10】，但是苯系物易使活性炭失活，活性炭失活后存在二次污染问题【201210028722.9】解吸温度较高、时间较长【活性炭吸附VOCs及其脱附规律的研究，同济大学工学硕士学位论文，2007.3】。无纺布年产量超过100万吨，来源广泛，接枝后的无纺布具有较快的吸附速度，较短的解吸时间，较低的解吸温度以及较好的重复利用性。
纤维材料不仅适合于用作大规模空气净化设备的滤料.还可作为各种有特殊用途的个体防护用品(个体防护服装、口罩、手套等)的过滤夹层，吸附有害物。一种具有特殊化学功能基团的纤维材料，能直接作为某些特殊防护服装及劳动保护用品的夹层絮片，在保证良好透气性的卫生条件下，吸附有害气体，从而有效地保护人体。据文献报导军用防护服装有三层织物组成。其外层为含有阴离子交换基因的功能性纤维织物层，该层能有效地吸附各种碱性气体或将介子气一类的毒性气体分解为HCl、SO2、C2H6小分子气体；其中间层为阴离子交换纤维织物层，它能有效地吸附各种酸性气体或毒性气体分解出的小分子气体；其内层为棉纤维织物，主要起吸汗保暖作用。
通过接枝聚合反应，在材料基体上引入特定的物质，是实现材料改性的有效手段。这样既可以保持材料原有的物理机械性能，又可以灵活的获得各种功能性。如果通过接枝的方法把丙烯酸酯接枝到无纺布上，就可以把无纺布材料良好的柔韧性和丙烯酸酯吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定等优点结合起来。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是普通吸附材料不具有选择性、重复利用性差、解吸时间长等问题。
本发明解决所述普通吸附材料不具有选择性、重复利用性差、解吸时间长等问题的技术方案是设计一种吸附苯乙烯气体的改性无纺布。
本发明提供了一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是步骤如下：
a)将无纺布基材用乙醇洗净，在60℃的真空烘箱里烘干；
b)将烘干的无纺布基材放入装有体积百分比为1％～5％的丙烯酸酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的0～5‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量5～10‰的光敏剂和溶剂总质量1％～5％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射0.2～2h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性无纺布；
c)对苯乙烯气体的静态吸附：将改性无纺布放在浓度为100～3000mg/m3的密闭容器中对苯乙烯气体进行吸附，分别在不同时间间隔测量容器内苯乙烯气体浓度，10～30min即可达到吸附平衡，容器内苯乙烯气体浓度降低了70％～94％；
对苯乙烯气体的动态吸附：图1为苯乙烯气体的动态吸附装置示意图，第一步，将一定体积的苯乙烯气体流经图1所示装置，用气相色谱测量吸收液中苯乙烯的含量；第二步，取1g步骤b)得到的改性无纺布剪碎，用镊子把剪碎的无纺布均匀的放入到吸附柱中，重复第一步操作；苯乙烯气体的入口浓度为200～500mg/m3，出口浓度为20～60mg/m3；
d)将吸附完的无纺布放在40℃～60℃的真空烘箱中解吸5～10min，再生后重新进行步骤c)的静态或动态吸附，吸附效果基本不变。
本发明所述的无纺布基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酯、粘胶纤维中的一种或两种以上混合物，所述的光敏剂为二苯甲酮、甲磺酸二苯甲酮季铵盐或卤代二苯甲酮光敏剂的一种或两种以上混合物。
本发明所述的引发转移终止剂为二乙基二硫代氨基甲酸钠或N-溴代丁二酰亚胺，所述的丙烯酸酯为丙烯酸十二酯、丙烯酸十八酯或丙烯酸丁酯的一种或两种以上混合物，所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯。
本发明所述的异丙醇/水的混合溶液的体积配比为1∶1～1∶6，所述的苯乙烯气体的流量为0.2～1L/min。
本发明改性无纺布采用辐射接枝的制造方法，是充分利用了辐射接枝射线穿透力强的优点，可以完成一般化学法难以进行的接枝反应，并且操作简单、方便易行，室温下即可完成。本发明辐射接枝时选用丙烯酸酯作为接枝单体，是因为此类单体聚合后所生成的聚合物分子链上具有亲油性基团(长链烷基)交联结构，对苯乙烯气体较好的亲和力，可将大量苯乙烯吸附到分子内，提高吸附率。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、无纺布年产量大，价格低廉，本方法成本低廉，具有良好的经济效益和环境效益。
2、无纺布经过合理改性，改性工艺简单，改性后对苯乙烯具有较好的选择吸附性和较大的吸附容量。
3、吸附饱和的改性无纺布容易再生，且再生后可重复使用，吸附性能变化不大。
附图说明：
图1是苯乙烯气体的动态吸附装置示意图。
具体实施方式
下面介绍本发明的具体实施例，但本发明不受实施例的限制。
实施例1：丙烯酸丁酯接枝改性聚丙烯无纺布吸附苯乙烯气体的方法
将烘干的聚丙烯无纺布放入装有体积百分比为1％的丙烯酸丁酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的0.5‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量5‰的光敏剂和溶剂总质量1％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射0.5h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性聚丙烯无纺布；将改性无纺布放在浓度为3000mg/m3的密闭容器中对苯乙烯气体进行吸附，分别在不同时间间隔测量容器内苯乙烯气体浓度，30min即可达到吸附平衡，容器内苯乙烯气体浓度降低了94％。将吸附完的无纺布放在40℃～60℃的真空烘箱中解吸5～10min，再生后重新进行静态吸附，在15次之内吸附效果基本不变。
实施例2：丙烯酸十二酯接枝改性聚乙烯无纺布吸附苯乙烯气体的方法
将烘干的聚乙烯无纺布放入装有体积百分比为2％的丙烯酸十二酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的1‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量6‰的光敏剂和溶剂总质量1.5％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射1h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性聚乙烯无纺布；将改性无纺布放在浓度为1000mg/m3的密闭容器中对苯乙烯气体进行吸附，分别在不同时间间隔测量容器内苯乙烯气体浓度，20min即可达到吸附平衡，容器内苯乙烯气体浓度降低了90％。将吸附完的无纺布放在40℃～60℃的真空烘箱中解吸5～10mmin，再生后重新进行静态吸附，在15次之内吸附效果基本不变。
实施例3：丙烯酸十八酯接枝改性聚酯无纺布吸附苯乙烯气体的方法
将烘干的聚酯无纺布放入装有体积百分比为2.5％的丙烯酸十八酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的3‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量7.5‰的光敏剂和溶剂总质量2％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射2h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性聚酯无纺布；第一步，将一定体积的苯乙烯气体流经图1所示装置，用气相色谱测量吸收液中苯乙烯的含量；第二步，取1g上述步骤得到的改性无纺布剪碎，用镊子把剪碎的无纺布均匀的放入到吸附柱中，重复第一步操作；苯乙烯气体的入口浓度为200mg/m3，流量为200ml/min，在20分钟以内出口浓度为20mg/m3以下，苯乙烯气体浓度降低了90％。将吸附完的无纺布放在40℃～60℃的真空烘箱中解吸5～10mmin，再生后重新进行动态吸附，在15次之内吸附效果基本不变。
实施例4：丙烯酸十八酯接枝改性粘胶无纺布吸附苯乙烯气体的方法
将烘干的粘胶无纺布放入装有体积百分比为1.5％的丙烯酸十八酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的2.5‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量7.5‰的光敏剂和溶剂总质量2％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射1.5h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性粘胶无纺布；第一步，将一定体积的苯乙烯气体流经图1所示装置，用气相色谱测量吸收液中苯乙烯的含量；第二步，取1g上述步骤得到的改性无纺布剪碎，用镊子把剪碎的无纺布均匀的放入到吸附柱中，重复第一步操作；苯乙烯气体的入口浓度为400mg/m3，流量为200m1/mmin，在20分钟以内出口浓度为30mg/m3，苯乙烯气体浓度降低了92％。将吸附完的无纺布放在40℃～60℃的真空烘箱中解吸5～10min，再生后重新进行动态吸附，在15次之内吸附效果基本不变。
Claims (8)
1.一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是步骤如下：
a)将无纺布基材用乙醇洗净，在60℃的真空烘箱里烘干；
b)将烘干的无纺布基材放入装有体积百分比为1％～5％的丙烯酸酯的异丙醇/水混合溶液中，混合溶液中含溶剂总质量的0～5‰的引发转移终止剂，含溶剂总质量5～10‰的光敏剂和溶剂总质量1％～5％的交联剂，无纺布与溶液的固液比为1∶80，在室温和氮气保护下，用紫外线辐射0.2～2h，取出接枝后的无纺布并用乙醇洗去未反应的单体及均聚物，得到改性无纺布；
c)对苯乙烯气体的静态吸附：将改性无纺布放在浓度为100～3000mg/m3的密闭容器中对苯乙烯气体进行吸附，分别在不同时间间隔测量容器内苯乙烯气体浓度，10～30min即可达到吸附平衡，容器内苯乙烯气体浓度降低了70％～94％；
对苯乙烯气体的动态吸附：第一步，将苯乙烯气体流经载气瓶、吸附柱、流量计和风机，用气相色谱测量吸收液中苯乙烯的含量；第二步，取1g步骤b)得到的改性无纺布剪碎，用镊子把剪碎的无纺布均匀的放入到吸附柱中，重复第一步操作；苯乙烯气体的入口浓度为200～500mg/m3，出口浓度为20～60mg/m3。
2.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的无纺布基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酯、粘胶纤维中的一种或两种以上混合物。
3.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的光敏剂为二苯甲酮、甲磺酸二苯甲酮季铵盐或卤代二苯甲酮光敏剂的一种或两种以上混合物。
4.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的引发转移终止剂为二乙基二硫代氨基甲酸钠或N-溴代丁二酰亚胺。
5.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的丙烯酸酯为丙烯酸十二酯、丙烯酸十八酯或丙烯酸丁酯的一种或两种以上混合物。
6.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯。
7.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的异丙醇/水的混合溶液的体积配比为1∶1～1∶6。
8.如权利要求1所述的一种改性无纺布吸附苯乙烯气体的方法，其特征是所述的苯乙烯气体的流量为0.2～1L/min。
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