CN103506083A - 一种大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，这种超过滤水吸附材料在利用大麻酚类物质抗霉杀菌功效的基础上。以大麻纤维作为基质原料与膨胀石墨合成复合纤维，使用大麻纤维与膨胀石墨复合纤维和主要成分为氢氧化铝的勃姆石制造成的一种生物活性吸附材料。这种超过滤水吸附材料可以产生正电荷，能够吸附带负电荷的微生物和噬菌体，达到吸附水中几乎全部的微生物和噬菌体。特别是通小电流，低电压外部电源后，净水效果更好。本发明发制得的吸附材料有材料易得、造价低廉、工作环境要求低和吸附性能高的特点，在医学、兽医学、食品工业及与微生物过程有关的水和溶液净化等领域将得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种大麻纤维素超过滤水吸附材料的制备方法。
背景技术
大麻系桑科属一年生草本植物，大麻纤维单纤长15～25㎜，细度15～30㎛，比重1.48。分子结构为纵向排列，紧密整齐，结晶度及定向度高，大麻纤维中心有一个细长的空腔与纤维表面分布着的许多裂纹和小孔相连，优异的毛细效应使大麻纤维吸湿排汗及透气性能格外好，大麻纤维中空，富含氧气，使厌氧细菌无法生存，大麻纤维富含杀灭和抑制细菌的大麻酚类物质，因此具有抗霉、抑菌、防臭作用，所以大麻纤维独具抗霉杀菌的功效。
在我国，大麻的种植历史已有8000多年。大麻(HEMP)是植物纤维中之韧皮纤维,中文为大麻,又称为汉麻,火麻.魁麻, 俗称线麻。大麻纤维被誉为“会呼吸”的纤维。大麻纤维是天然纤维中韧度最高、可自然分解的环保纤维，由于麻材具有抗菌抑菌功能,在种植时不需施放农药或少量施放农药,属于天然的绿色环保纤维，是21世纪最具有发展前景的绿色产品。大麻纤维优异特性是由它的组成和结构决定的，大麻纤维含有大麻酚类物质，因此具有抗霉抑菌作用，对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌有明显的抑菌效果；大麻纤维中心有一个细长的空腔与纤维表面分布着的许多裂纹和小孔相连，大麻纤维具有很好的吸湿排汗性和透气性；大麻纤维分子结构稳定，分子排列的取向度好，产生静电能力极低；干燥的大麻纤维是电的不良导体，其抗电击穿能力比大麻纤维高30%左右，是良好的绝缘材料；大麻纤维的横截面表现为不规则的三角形、多边形等，其分子结构多棱状，较松散，有螺旋线纹，故其制品对音波、光播具有良好的消散作用。
我国水资源总量2.8万亿立方米，居世界第六位。我国人均水资源占有量只有2150m3，相当于世界人均占有水量的1/4。到2030年中国人口达16亿高峰时，人均水资源仅有1760m3，将成为国际上一般承认的人均低于1700m3的“用水紧张”国家。
据中国环境状况公报，2002年度海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江、珠江七大水系监测的752个重点断面中，Ⅰ~Ⅲ类水质占29.5%，Ⅳ 类水质占17.7%，Ⅴ类和劣Ⅴ类水质占52.8%。水利部对532条河流的监测表明，有436条河流受到不同程度的污染，七大江河流经的15个主要大城市河段中，有13个城市河段的水质严重污染。
全国湖泊达到富营养化水体的已达66%，主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出，蓝藻泛滥日趋严重，严重影响水产养殖业和旅游业的发展，危害生态环境。
地下水水质也不容乐观。据2003年我国地下水资源评价与战略问题研究显示，有63%的地下水资源可供直接饮用，17%经适当处理后可饮用，8%需要经过专门处理后才能饮用。12%不适宜饮用但可作为工农业供水水源，全国约有一半城市市区的地下水污染严重，主要污染指标包括矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物，pH值等均呈超标趋势。全国约有7000多万人仍在饮用氟超标的地下水，3.6亿农村人口喝不上符合国家标准的饮用水。
近年来，我国政府已经全面启动饮用水污染的治理。更是将环保和节能提高为国策，饮用水的治理作为其中重要的内容，将在今后更长时期，从水源、自来水生产、供水设施到用水末梢净化，进行全面的治理改造。
水分子和细菌非常微小，人的裸眼无法看到，为了方便，一般以纳米为单位来标注其大小。但在显微镜下，水分子和细菌的大小则迥然不同。单个水分子的直径远远小于1纳米，而大多数细菌的大小则有几百纳米。目前用于过滤水源的吸附剂一般不能将微生物和噬菌体全部吸附掉，而且只能在酸性和中性环境中工作。
目前，大麻纤维以其优异的性能，在纺织行业得到了广泛的开发和应用，各种健康、环保的大麻纤维的纺织新产品不断进入人们生活中，受到大众的亲睐。但应用有关利用大麻纤维为基材的复合纤维制备过滤材料的方法及大麻纤维吸附材料的产品方面的技术还未报道。
发明内容
本发明的目是提供一种大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，这种吸附材料在利用大麻酚类物质抗霉杀菌功效的基础上, 以大麻纤维作为基质原料与膨胀石墨合成复合纤维，使用大麻纤维与膨胀石墨的复合纤维和主要成分为氢氧化铝的勃姆石制造而成吸附材料。这种超过滤水吸附材料可以产生正电荷，能够吸附带负电荷的微生物和噬菌体，达到吸附水中几乎全部的微生物和噬菌体。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)大麻经脱胶工艺:原麻→浸润→脱胶→敲麻→水洗→敲麻→水洗→甩干→柔软→干燥，得到大麻纤维，备用；（周明倞, 王侠, 大麻纺纱工艺路线研究, 纺织学报,1998年06期）
（2）按比例取膨胀石墨加入去离子水，经超声振荡，形成膨胀石墨的均相混合液A；
（3）将混合液A降温到0℃后，在冰水浴中加入Na0H，尿素，大麻纤维，搅拌制成混合液B；
（4）将混合液B于-15℃的温度下冷冻存放1-3小时，再将冷冻状态的混合液放在室温下解冻，搅拌25-35分钟，制得大麻纤维与膨胀石墨形成均相混合液C；
（5）将混合液C喷射入高速搅拌的H2S04溶液中除去多余的Na0H，得到湿态纤维状的大麻纤维与膨胀石墨复合纤维；用去离子水冲洗复合纤维直至洗液的PH值达到7，复合纤维在室温下自然晾干，再在烘箱中烘干，得到干燥复合纤维；
（6）用二氧化硅悬浮液经水热合成处理复合纤维（惠春, 徐爱兰, 郑家范, 水热合成法及其应用,陕西科技大学学报,1994年01期）；获得氧化硅管状包覆复合纤维；
（7）将所得的氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末均匀混合；氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末的质量比为1/100-1/2；
（8）用正弦交流电对混合物进行活化处理（混合物直接放入带有极板的槽中，极板的间距10-20厘米。极板加载交流电后在极板间产生交流电场对材料产生活化效应。）；经活化处理后非球状的氢氧化铝大颗粒附着在复合纤维表面，形成孔眼较大的吸附材料。
步骤(2)中所述膨胀石墨/大麻纤维重量比1/10000~3/1000，超声振荡时间为10-20分钟；
步骤(3)中加入的Na0H、尿素和大麻纤维的重量比例为3:2:2，加入三种物质的总重量占混合液B的重量的14%，所述搅拌制成制备混合液B搅拌时间为10-20分钟。
步骤(5)中所述H2S04溶液的浓度为3-7wt%。
步骤(5)中所述复合纤维在室温下自然晾干2天，再在 80℃的烘箱中烘干8-12分钟，得到干燥复合纤维。
步骤(6)中所述二氧化硅悬浮液浓度为１％。
步骤(8)中用50赫兹频率的正弦交流电对混合物进行活化处理。
以上材料经微孔模具夹持，制备各种型状过滤器，以上所述模具根据所需制备的过滤器型状的要求为管型、杯型、方型、圆型，薄片型等各种形状的模具，所需制备的各种形状过滤器可以满足广泛过滤需求。
本发明的超过滤水吸附材料以大麻纤维作为基质原料与膨胀石墨合成复合纤维，使用大麻纤维与膨胀石墨的复合纤维和主要成分为氢氧化铝的勃姆石制造而成吸附材料。这种超过滤水吸附材料可以产生正电荷，能够吸附带负电荷的微生物和噬菌体，达到吸附水中几乎全部的微生物和噬菌体。特别是通小电流，低电压外部电源后，净水效果更好。
本发明制备的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维超过滤水吸附材料将提供一种可快速消除水中细菌，且不会堵塞，并将会为社会需求带来一种简易、低廉的净水方法。与目前的水过滤吸附材料相比，本发明的生物活性水过滤吸附材料具有材料易得、造价低廉、工作环境要求低和吸附性能高的特点，在医学、兽医学、食品工业及与微生物过程有关的水和溶液净化等领域将得到广泛应用。可开发利用的空间较大，市场前景广阔。
采用实施例1的过滤器，在压力0 .5mpa下, 过滤河水的处理效果如下表。
表1 水样净化前后其它有害物质的含量与除去率（单位：mgL-1）
表2 水样净化前后微生物指标测试结果与除去率
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
大麻经脱胶工艺:原麻→浸润→脱胶→敲麻→水洗→敲麻→水洗→甩干→柔软→干燥，得到大麻纤维，待用。称取重量0.01g膨胀石墨放入 250mL烧杯中，加入100mL去离子水，超声振荡15分钟后，形成膨胀石墨的均相混合液A，将膨胀石墨的均相混合液放入冰箱中冷却0℃后，在冰水浴中加入 6.0gNa0H，4.0g尿素(urea)，4.0g大麻纤维，搅拌15分钟，将混合液(含有6wt%NaOH、4wt%Urea、4wt%MCC以及0.01g膨胀石墨)放入-15℃的冰箱中，冷却存放2小时。再把冷冻状态的混合液放在室温下解冻，并搅拌30分钟，制得大麻纤维与膨胀石墨形成均相混合溶液，将制得的大麻纤维与膨胀石墨均相混合溶液喷射入高速搅拌的5wt%的H2S04溶液中除去多余的Na0H，得到湿态纤维状的大麻纤维与膨胀石墨复合纤维。用去离子水冲洗复合纤维直至洗液的PH值达到7，复合纤维在室温下自然晾干2天，再在 80℃的烘箱中烘干10分钟，得到干燥复合纤维，用浓度为１％的二氧化硅悬浮液经水热合成处理复合纤维，获得氧化硅管状包覆复合纤维，将氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末均匀混合，放入微孔管型模具，用50赫兹频率的正弦交流电对混合物进行活化处理， 经活化处理后非球状的氢氧化铝大颗粒附着在复合纤维表面，形成厚度为1厘米,孔径分布在0.01 um-30um的片状多孔过滤材料，经微孔模具夹持，制备成管型过滤器。
实施例2
大麻经脱胶工艺:原麻→浸润→脱胶→敲麻→水洗→敲麻→水洗→甩干→柔软→干燥，得到大麻纤维，待用。称取重量0.09g膨胀石墨放入 250mL烧杯中，加入100mL去离子水，超声振荡30分钟后，形成膨胀石墨的均相混合液，将膨胀石墨的均相混合液放入冰箱中冷却0℃后，在冰水浴中加入 12.0gNa0H，8.0g尿素(urea)，8.0g大麻纤维，搅拌30分钟，将混合液放入-15℃的冰箱中，冷却存放2小时。再把冷冻状态的混合液放在室温下解冻，并搅拌40分钟，制得大麻纤维与膨胀石墨形成均相混合溶液，将制得的大麻纤维与膨胀石墨均相混合溶液喷射入高速搅拌的5wt%的H2S04溶液中除去多余的Na0H，得到湿态纤维状的大麻纤维与膨胀石墨复合纤维。用去离子水冲洗复合纤维直至洗液的PH值达到7，复合纤维在室温下自然晾干3天，再在 80℃的烘箱中烘干10分钟，得到干燥复合纤维，用浓度为１％的二氧化硅悬浮液经水热合成处理复合纤维，获得氧化硅管状包覆复合纤维，将氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末均匀混合，放入微孔杯型模具用100赫兹频率的正弦交流电对混合物进行活化处理， 经活化处理后非球状的氢氧化铝大颗粒附着在复合纤维表面，形成厚度为1厘米,孔径分布在0.01 um-30um的片状多孔过滤材料，经微孔模具夹持，制备成杯型过滤器。
实施例3
大麻经脱胶工艺:原麻→浸润→脱胶→敲麻→水洗→敲麻→水洗→甩干→柔软→干燥，得到大麻纤维，待用。称取重量0.15g膨胀石墨放入 250mL烧杯中，加入100mL去离子水，超声振荡20分钟后，形成膨胀石墨的均相混合液，将膨胀石墨的均相混合液放入冰箱中冷却0℃后，在冰水浴中加入 18.0gNa0H，12.0g尿素(urea)，12.0g大麻纤维，搅拌40分钟，将混合液放入-15℃的冰箱中，冷却存放2小时。再把冷冻状态的混合液放在室温下解冻，并搅拌50分钟，制得大麻纤维与膨胀石墨形成均相混合溶液，将制得的大麻纤维与膨胀石墨均相混合溶液喷射入高速搅拌的5wt%的H2S04溶液中除去多余的Na0H，得到湿态纤维状的大麻纤维与膨胀石墨复合纤维。用去离子水冲洗复合纤维直至洗液的PH值达到7，复合纤维在室温下自然晾干3天，再在 80℃的烘箱中烘干10分钟，得到干燥复合纤维，用浓度为１％的二氧化硅悬浮液经水热合成处理复合纤维，获得氧化硅管状包覆复合纤维，将氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末均匀混合，放入微孔薄片型模具，用100赫兹频率的正弦交流电对混合物进行活化处理， 经活化处理后非球状的氢氧化铝大颗粒附着在复合纤维表面，形成厚度为1厘米,孔径分布在0.01 um-30um的片状多孔过滤材料，经微孔模具夹持，制备成薄片型过滤器。
Claims (7)
1.一种大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，在利用大麻酚类物质抗霉杀菌功效的基础上, 以大麻纤维作为基质原料与膨胀石墨合成复合纤维，使用大麻纤维与膨胀石墨复合纤维和主要成分为氢氧化铝的勃姆石制造成的一种生物活性吸附材料。
2.其特征在于，包括如下步骤：
(1)大麻经脱胶工艺:原麻→浸润→脱胶→敲麻→水洗→敲麻→水洗→甩干→柔软→干燥，得到大麻纤维，备用；
（2）按比例取膨胀石墨加入去离子水，经超声振荡，形成膨胀石墨的均相混合液A；
（3）将混合液A降温到0℃后，在冰水浴中加入Na0H，尿素，大麻纤维，搅拌制成混合液B；
（4）将混合液B于-15℃的温度下冷冻存放1-3小时，再将冷冻状态的混合液放在室温下解冻，搅拌25-35分钟，制得大麻纤维与膨胀石墨形成均相混合液C；
（5）将混合液C喷射入高速搅拌的H2S04溶液中除去多余的Na0H，得到湿态纤维状的大麻纤维与膨胀石墨复合纤维；用去离子水冲洗复合纤维直至洗液的PH值达到7，复合纤维在室温下自然晾干，再在烘箱中烘干，得到干燥复合纤维；
（6）用二氧化硅悬浮液经水热合成处理复合纤维；获得氧化硅管状包覆复合纤维；
（7）将所得的氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末均匀混合；氧化硅管状包覆复合纤维与勃姆石粉末的质量比为1/100-1/2；
（8）用正弦交流电对混合物进行活化处理；经活化处理后非球状的氢氧化铝大颗粒附着在复合纤维表面，形成孔眼较大的吸附材料。
3.根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述膨胀石墨/大麻纤维的重量比1/10000~3/1000，超声振荡时间为10-20分钟；
根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中加入的Na0H、尿素和大麻纤维的重量比例为3:2:2，加入三种物质的总重量占混合液B的重量的10-20%，所述搅拌制成制备混合液B搅拌时间为10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述H2S04溶液的浓度为3-7wt%。
5.根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述复合纤维在室温下自然晾干2天，再在 80℃的烘箱中烘干8-12分钟，得到干燥复合纤维。
6.根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述二氧化硅悬浮液浓度为0.5-3％。
7.根据权利要求1所述的大麻纤维/膨胀石墨复合纤维吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(8)中用50赫兹频率的正弦交流电对混合物进行活化处理。
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