CN103657615B - 一种聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料 - Google Patents
一种聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于吸附矿山废水中铈离子的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，该复合材料采用以下步骤制得：选取聚丙烯酸复合物、交联剂、引发剂，混合均匀制得胶状溶液；将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，然后在100℃～140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料，浸泡后烘干，重复进行浸泡、烘干步骤直至除去复合材料中未交联的低聚物，即可制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。该复合材料解决了背景技术中的不足，该复合材料对稀土中的铈离子的吸附能力强，具有吸附操作简便、解吸条件温和、再生简便等诸多优点。
Description
技术领域
本发明提供了一种聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，尤其涉及一种用于吸附矿山废水中的铈离子的吸附材料，属于高分子材料技术领域。
背景技术
我国稀土资源储量大、品种全、稀土品位高、易开采，矿点分布合理等。稀土作为重要的战略资源，我国在储量、矿产品、分离产品产量和出口量方面，均雄踞首位，而用量也只是仅次于美国居全球次席。稀土资源虽然丰富，但浪费严重，综合回收率低，我国稀土总回收率比国外低5%，并且各企业间的差距很大，高的达到85%，低的只有60%左右。目前，我国针对含稀土的难选矿物或尾矿的处理技术均存在着高价金属提取利用率低、环境污染严重、生产成本高等特点。因此，提高稀土金属离子回收率，研究稀土尾矿利用，稀土贫矿开采，对于保护和有效利用稀土资源，可持续发展具有一定意义。常见的处理方法有化学沉淀法、膜过滤法、电化学法、吸附法等。其中吸附法是一种简便、高效且吸附剂可再生与循环使用的有效方法。吸附法中最重要的部分就是吸附剂，制备合适的吸附剂可有效地吸附单一或者多种稀土离子。纤维材料具有大的表面积、多孔的结构、可形成纤维网络膜和制备低廉等优点，成为一类有巨大潜力的环境清洁材料。
PAA（聚丙烯酸）中含有大量的-COOH功能基，-COOH功能基中的氧原子与稀土原子有很强的亲和力，对稀土原子具有良好的吸附性能。然而，PAA在聚合后为凝胶状，在水溶液中容易破碎和坍塌，也不利于回收利用，阻碍了其在工业中的应用。
发明内容
本发明提供了一种用于吸附矿山废水中铈离子的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，该材料解决了背景技术中的不足，该复合材料对稀土中的铈离子的吸附能力强，具有吸附操作简便、解吸条件温和、再生简便等诸多优点。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种用于吸附矿山废水中铈离子的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，该材料采用以下步骤制得：（1）、采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为60%～100%的聚丙烯酸复合物；（2）、选取聚丙烯酸复合物100份、交联剂10～30份、引发剂0.2～1份，混合均匀制得胶状溶液；（3）、选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，然后在100℃～140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；（4）、采用足量的丙酮浸泡复合材料18～30h，浸泡后烘干，重复进行浸泡、烘干步骤至恒重除去复合材料中未交联的低聚物，即可制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。
所述的交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N羟甲基丙烯酰胺中任一种，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸胺。
所述的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料在pH为5、浓度为300mg/L的100mL铈离子溶液中，1g复合材料在与铈离子溶液接触1h后，对铈离子的吸附率为78%～97%。
本发明所提供的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料中，以PP纤维为骨架，负载PAA制备PAA/PP纤维复合材料。由于PP纤维强度高，耐磨性能好，耐腐蚀性好，因此PAA包覆在PP上强度有所提高，使得PAA不易破碎和坍塌。而PAA中含有大量的-COOH功能基，-COOH功能基中的氧原子与稀土原子有很强的亲和力，对稀土原子具有良好的吸附性能。因此本发明所提供的复合材料对推动高性能的金属离子回收吸附材料的发展和应用具有重要的理论和现实意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本发明所提供的以下实施例中采用正交试验探索PAA/PP复合纤维材料的最佳合成工艺条件。所述的的正交实验选择4因素3水平进行正交试验，正交因素表如下表：
以下实施例中对铈离子的吸附率的计算采用以下方式：将各实施例中制得的复合材料在pH为5、浓度为300mg/L的0.1L铈离子溶液中，1g复合材料在与铈离子溶液接触1h后，按照GB/T14635-2008（稀土金属及其化合物化学分析方法稀土总量的测定方法进行测定）。
所述的吸附率是指平衡时吸附铈离子的量与起始浓度的比，其公式为：
式中所述的C0和Ce分别为溶液中铈离子的起始浓度(mg·ml-1)和平衡浓度(mg·ml-1)。
实施例1
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为60%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺10份、过硫酸钾0.2份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在100℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料19h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为78.42%。
实施例2
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为80%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、二甲基丙烯酸乙二醇酯20份、过硫酸钾0.2份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在120℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料20h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为87.49%。
实施例3
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为100%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺30份、过硫酸钾0.2份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料21h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为73.25%。
实施例4
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为60%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺20份、过硫酸钾0.5份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料22h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为81.52%。
实施例5
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为80%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N羟甲基丙烯酰胺30份、过硫酸钾0.5份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在100℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料23h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为82.67%。
实施例6
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为100%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺10份、过硫酸钾0.5份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在120℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料24h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为76.72%。
实施例7
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为60%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺30份、过硫酸胺1份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在120℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料25h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为80.84%。
实施例8
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为80%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺20份、过硫酸胺1份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料26h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为92.38%。
实施例9
本实施例中首先采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为100%的聚丙烯酸复合物；选取聚丙烯酸复合物100份、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺10份、过硫酸胺1份，混合均匀制得胶状溶液；选取纤度为2～3d、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，浸渍一段时间后，然后在100℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；采用足量的丙酮浸泡复合材料29h，浸泡后在90℃下恒温烘干，重复进行浸泡、烘干步骤3次，除去复合材料中未交联的低聚物，即制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。本实施例中所制得的复合材料经检测，其对铈离子的吸附率为96.12%。
由实施例1-9中我们可以看出，实施例9中所制得的复合材料的吸附率最高。
Claims (3)
1.一种用于吸附矿山废水中铈离子的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，其特征在于：该材料采用以下步骤制得：(1)、采用NaOH溶液对聚丙烯酸进行中和，制得中和度为60％～100％的聚丙烯酸复合物；(2)、选取聚丙烯酸复合物100份、交联剂10～30份、引发剂0.2～1份，混合均匀制得胶状溶液；(3)、选取纤度为2～3D、长度为3～10cm的聚丙烯纤维，将聚丙烯纤维与胶状溶液混合均匀，然后在100℃～140℃的条件下进行聚合反应，制得聚丙烯纤维/聚丙烯酸复合材料，并将复合材料干燥处理；(4)、采用足量的丙酮浸泡复合材料18～30h，浸泡后烘干，重复进行浸泡、烘干步骤至恒重除去复合材料中未交联的低聚物，即可制得聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，其特征在于：所述的交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-羟甲基丙烯酰胺中任一种，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料，其特征在于：所述的聚丙烯纤维负载交联聚丙烯酸材料在pH为5、浓度为300mg/L的100mL铈离子溶液中，1g复合材料在与铈离子溶液接触1h后，对铈离子的吸附率为78％～97％。
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