CN104275156A - 一种木棉纤维基吸附催化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木棉纤维基吸附催化材料。本发明以木棉纤维为载体，聚苯胺为连接层，在室温空气氛条件下，经一步法制备得到负载贵金属纳米粒子的木棉纤维。该材料兼具吸附和催化双功能，制备工艺简单，条件温和，易于工业生产；所得产物可有效吸附或催化水体中的染料分子，用于相应的废水处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种木棉纤维基吸附催化材料。
背景技术
天然植物纤维是自然界中储量丰富的可再生生物质资源，根据其来源有韧皮纤维、叶纤维、种子纤维及其它纤维。天然植物纤维一般由纤维素、半纤维素、木质素等组成，是一种天然高分子材料。
木棉纤维是木棉树的果实纤维，具有独特的薄壁大中空的形态结构，中空度高达80~90%，是迄今为止中空率最大的中空纤维，常用作絮填料、浮力材料及其它纤维素纤维的混纺原料。木棉纤维表面的蜡质赋予其优异的拒水亲油性，因此木棉纤维作为吸油材料引起众多研究者的关注。木棉纤维经碱处理后，可用作复合物增强材料。经γ-射线处理后，木棉纤维被赋予良好的阻燃性质。由于木棉纤维的表面蜡质，使其很少用于环境水体中污染物的去除研究，但木棉纤维能够吸收金属离子溶剂萃取过程中的萃取剂，因此可作为支撑材料（载体材料）用于浸渍金属吸附剂。木棉纤维产量丰富、价格低廉、结构精细，可作为生物模板制备基于不同性质材料（有机、无机）的微管。木棉纤维薄壁大中空的形态结构可起到结构导向作用，便于可聚合的单体沿其表面进行聚合。因此，以木棉纤维作为结构导向材料，可制备得到一系列功能型聚合物材料，用于环境水体中污染物的去除。
金属纳米粒子与大块的金属性质不同，具有一系列独特的性能，在光、电、催化、传感等领域展现出诱人的应用前景。通常这些金属纳米粒子需要一个附着载体来增强在溶液中的稳定性，如天然多糖、枝状大分子、嵌段共聚物胶束、乳液粒子和水凝胶等。木棉纤维具有大中空的形态结构，也可用于担载金属纳米粒子，进而拓展其应用领域。但木棉纤维本身的拒水亲油性使其直接用于担载金属纳米粒子比较困难。木棉纤维经酸预处理后，使苯胺沿其表面进行氧化聚合形成中间连接层，在聚合过程中，引发剂会被原位还原，全部或部分形成金属纳米粒子，得到木棉纤维基吸附催化材料。该材料可实现对水体中不同类型污染物的吸附或者催化还原，且多次循环使用后活性没有显著降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种木棉纤维基吸附催化材料，用于吸附催化水体中的有机染料。
本发明以木棉纤维为载体，聚苯胺为连接层，在室温空气氛条件下，经一步法制备得到负载贵金属纳米粒子的木棉纤维。
一种木棉纤维基吸附催化材料，其特征在于，该吸附催化材料依次通过以下步骤制备：
A、在苯胺的酸溶液中，加入木棉纤维，搅拌1~6小时；
B、将引发剂加入到上述溶液中，常温常压搅拌反应1~36小时，分离所得固体物；所述的引发剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾、重铬酸钾、硝酸银、高氯酸银、氯化金、三氯化铁中的一种或两种；
C、将B 步骤所得固体物以水洗涤，将pH值调至6~7，再经水反复洗涤和乙醇浸泡后，在25~100℃下烘干，得到木棉纤维基吸附催化材料。
在A步骤中，所述的苯胺与木棉纤维的质量比为1:10~10:1。
在A步骤中，所述的酸为醋酸、丙烯酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种，酸的浓度为0.05~5 mol/L。
在B步骤中，所述的引发剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾、重铬酸钾、硝酸银、高氯酸银、氯化金、三氯化铁中的一种或两种，引发剂与苯胺的摩尔比为1:5~5:1。
本发明以木棉纤维作为原料，聚苯胺作为连接层，通过苯胺氧化聚合过程中的引发剂原位还原制备一种木棉纤维基吸附催化材料。聚苯胺作为连接层，由于分子链中含有丰富的氨基、亚胺基，对水中的有机染料分子有很好的吸附。同时，在苯胺氧化聚合过程中，引发剂的原位还原生成的贵金属纳米粒子可作为催化剂，对水中的有机染料分子实现催化还原。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：①以木棉纤维为原料，环境友好，产量丰富，价廉易得。②该制备过程简单，反应条件温和，易于工业化。③赋予木棉纤维吸附和催化功能，可应用于废水处理。
附图说明
图1为木棉纤维基吸附催化材料对亚甲基兰的吸附催化效果，纵坐标表示在染料分子最大吸收波长条件下，反应后溶液的吸光度与初始溶液吸光度的比值。实心三角形表示只添加硼氢化钠，不添加所制备材料；实心正方形表示不添加硼氢化钠，即所制备材料对亚甲基兰的吸附；实心圆形表示添加硼氢化钠，即所制备材料对亚甲基兰的催化还原。可以看出，本发明制备的木棉纤维基材料对染料亚甲基兰有很好的吸附催化效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
在500 mL 1 mol/L 盐酸溶液中，加入10克苯胺和20克木棉纤维，搅拌2小时制得反应溶液；将20克引发剂高氯酸银加入到上述反应溶液中，常温常压搅拌反应12小时，分离所得固体物；将固体物水洗后，调pH为6~7，并经水和乙醇洗涤后，于50℃烘干得到一种木棉纤维基吸附催化材料。产品可在30分钟内，对10毫克/升亚甲基兰实现完全吸附催化。
实施例2
在500 mL 2 mol/L 硝酸溶液中，加入20克苯胺和20克木棉纤维，搅拌3小时制得反应溶液；将10克引发剂硝酸银和20克双氧水加入到上述反应溶液中，常温常压搅拌反应24小时，分离所得固体物；将固体物水洗后，调pH为6~7，并经水和乙醇洗涤后，于60℃烘干得到一种木棉纤维基吸附催化材料。产品可在30分钟内，对10毫克/升亚甲基兰实现完全吸附催化。
实施例3
在500 mL 3 mol/L醋酸溶液中，加入15克苯胺和30克木棉纤维，搅拌1小时制得反应溶液；将15克引发剂高氯酸银和25克过硫酸铵加入到上述反应溶液中，常温常压搅拌反应36小时，分离所得固体物；将固体物水洗后，调pH为6~7，并经水和乙醇洗涤后，于20℃室温晾干，得到一种木棉纤维基吸附催化材料。产品可在30分钟内，对10毫克/升亚甲基兰实现完全吸附催化。
实施例4
在500 mL 1 mol/L硫酸溶液中，加入5克苯胺和40克木棉纤维，搅拌5小时制得反应溶液；将5克引发剂氯化金和10克高锰酸钾加入到上述反应溶液中，常温常压搅拌反应10小时，分离所得固体物；将固体物水洗后，调pH为6~7，并经水和乙醇洗涤后，于80℃烘干，得到一种木棉纤维基吸附催化材料。产品可在30分钟内，对10毫克/升亚甲基兰实现完全吸附催化。
实施例5
在500 mL 2 mol/L磷酸溶液中，加入30克苯胺和20克木棉纤维，搅拌3小时制得反应溶液；将20克引发剂硝酸银和20克三氯化铁加入到上述反应溶液中，常温常压搅拌反应16小时，分离所得固体物；将固体物水洗后，调pH为6~7，并经水和乙醇洗涤后，于50℃室温晾干，得到一种木棉纤维基吸附催化材料。产品可在30分钟内，对10毫克/升亚甲基兰实现完全吸附催化。
Claims (4)
1.一种木棉纤维基吸附催化材料，其特征在于，该吸附催化材料依次通过以下步骤制备：
A、在苯胺的酸溶液中，加入木棉纤维，搅拌1~6小时；
B、将引发剂加入到上述溶液中，常温常压搅拌反应1~36小时，分离所得固体物；所述的引发剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾、重铬酸钾、硝酸银、高氯酸银、氯化金、三氯化铁中的一种或两种；
C、将B 步骤所得固体物以水洗涤，将pH值调至6~7，再经水反复洗涤和乙醇浸泡后，在25~100℃下烘干，得到木棉纤维基吸附催化材料。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，在A步骤中，所述的苯胺与木棉纤维的质量比为1:10~10:1。
3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，在A步骤中，所述的酸为醋酸、丙烯酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种，酸的浓度为0.05~5 mol/L。
4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，在B步骤中，所述的引发剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾、重铬酸钾、硝酸银、高氯酸银、氯化金、三氯化铁中的一种或两种，引发剂与苯胺的摩尔比为1:5~5:1。
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