CN104692482A - 由聚乳酸制备的水体净化基体材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由聚乳酸制备的水体净化基体材料。其目的在于利用聚乳酸的可降解性，生物相容性，以及作为树脂材料的良好加工性来实现达到有效的水体净化性能的同时，克服其他类似材料吸附饱和失效，失效指示困难，以及与他种净化材料有效复合的问题。技术方案为：1）选用纯聚乳酸或改性聚乳酸树脂，依据使用要求加工成为多孔，膜，纺丝线团，或颗粒形态。2）以上形态的聚乳酸可根据需要做表面粗糙处理，例如采用化学刻蚀法或物理凿磨，以增大比表面积，增强吸附性能。3）基体聚乳酸可根据需要，通过高分子共混改性工艺加入别种物理净化材料等，以实现水体净化材料的复合。

Description

由聚乳酸制备的水体净化基体材料

技术领域

本发明属于材料和化工等技术领域，具体涉及由聚乳酸制备的水体净化基体材料。

背景技术

在近年来环境问题以及相关的水体净化问题日益引起社会的重视，相应的环保材料的研究也成为科研及工业界的热门领域。作为重要的环保材料种类之一，水体净化材料的研发，设计和满足功能需求上发展迅速，但是随着环境问题日益严重，水体净化材料的发展和革新还有很大的提升空间。目前较为常用的水体净化材料，可分为物理净化，化学净化和生物净化等几个种类。物理净化主要是采用物理吸附污染物，其代表性的材料为陶瓷微粒，离子交换树脂，活性炭，麦饭石等。化学净化主要是通过化学反应消除水体中的污染物，如使用较多的次氯酸。生物材料主要是利用生物对水体中的污染物进行氧化分解，从而达到净化水体的目的。

目前的物理吸附材料的一个主要缺点在于净化材料的使用寿命和再生性能，以及在实际使用过程中的失效指示。以活性炭为例，活性炭的多孔结构具有良好的吸附性能，但是多孔结构吸附目标污染物到一定程度时，会因吸附饱和而失效，因此活性炭作为耗材，一方面具有较高的成本，另一方面在日常使用中，一般用户很难判断吸附是否已经饱和，只能根据经验或固定时间更换，从而影响使用效果。

化学净水物质和工艺目前原理都比较成熟，但是也存在与其他净化材料有效复合的问题，例如，如果将催化剂附着在物理吸附材料上，会占用吸附材料的比表面积，影响吸附效果。因此目前常规的做法是在水体净化设备中，将化学吸附做成独立净化模块，这样虽然可以保证净化效果，但是增加了方案设计的复杂性和成本。

发明内容

本发明提出了使用聚乳酸作为水体净化的基体材料，其目的在于利用聚乳酸的可降解性，生物相容性，以及作为树脂材料的良好加工性来实现达到有效的水体净化性能的同时，克服以上材料的缺点：

1）聚乳酸在自然条件可自动降解，该性能提供了三种优势：一，使用聚乳酸制备的高比表面积吸附材料，在自身的表面积吸附污染物的同时，降解会在材料表面产生新的缺陷、孔洞等，这样就提供了新的吸附空间，比较活性炭等材料简而易见具有更长的使用寿命，到达吸附饱和的时间更久；二，聚乳酸的降解是宏观可观测的，因此具有良好的失效指示效果，能够使使用者可以通过肉眼观测，失重称量的方法，简易判断失效。

2）聚乳酸作为生物基树脂，有良好的生物相容性，可以使用在多种场合和环境下，例如食品级的滤水设备，而没有健康危害。

3）聚乳酸作为树脂材料，具有良好加工性，可以比较容易的加工制备成所需的形状及结构，同时可以利用树脂改性加工技术，在聚乳酸基体中混入其他有效成分，例如针对特定污染物的吸附或催化物质，使得该净化基体材料可以和其他材料有效复合。以离子交换树脂为例，同为树脂的离子交换树脂和聚乳酸树脂可以很容易加工成同一部件，聚乳酸吸附的同时离子交换树脂可发挥自身功能实现水体净化，在聚乳酸降解的过程，基体内混掺的离子交换树脂不断暴露出来参与净化过程，类似该原理的复合水体净化材料有很大发展空间。

 

本发明的实现方案：

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

1）选用分子量3000以上的纯聚乳酸或改性聚乳酸树脂，依据使用要求加工制备成为具有高比表面积的物理吸附材料，包括多孔形态，膜形态，纺丝线团形态，或颗粒形态四种。

 

2）多孔形态的聚乳酸由粒子沥洗法，气相鼓泡法，固相粒子升华法等工艺方法制备。

 

3）膜形态的聚乳酸由熔体吹膜法或溶液浇膜法制备。

 

4）线团形态聚乳酸由纺丝工艺制备成丝后混缠制备。

 

5）颗粒形态的聚乳酸可由传统塑料造粒工艺制备。

 

6）以上形态的聚乳酸可根据需要做表面粗糙处理，例如采用化学刻蚀法或物理凿磨，以增大比表面积，增强吸附性能。

 

7）基体聚乳酸可根据需要，通过高分子共混改性工艺加入其它净化成本，如离子交换树脂，催化剂，化学药物，或别种物理净化材料等，以实现孔气净化材料的复合。

 

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

高比表面积多孔聚乳酸水体吸附净化材料

选用分子量100000左右的聚乳酸树脂，采用粒子沥洗法制备成为具有多孔结构的材料，具体工艺为：

1）将聚乳酸树脂溶于氯仿中制成溶液。

2）筛取500纳米的氯化钠微粒，超声分散后得到小颗粒氯化钠微粒堆。

3）将聚乳酸的氯仿溶液浇注在氯化钠堆上，室温下置放至溶剂挥发阴干。

4）将得到聚乳酸氯化铵共混固体用水沥洗至氯化铵溶解析出，得到微观孔径500纳米以下的多孔材料。

5）将微观多孔材料采用机械方法制备得到宏观多孔材料，得到最终具有物理吸附性能的水体过滤材料。

 

实施例二：

表面粗糙处理的高比表面积膜状聚乳酸水体吸附净化材料

1）选用适合制膜的聚乳酸树脂（例如牌号4032D），加热至160摄氏度熔融后浇注在聚四氟乙烯板上，均匀吹风分散以控制膜厚度，并在室温下冷却凝固。

2）将得到的聚乳酸薄膜浸入0.1mol/L NaOH溶液中，在40摄氏度下降解刻蚀10分钟，取出后用水清洗干净，得到表面粗糙的聚乳酸薄膜。

3）将刻蚀后的聚乳酸薄膜折叠冷压成型，得到表面粗糙处理的高比表面积膜状聚乳酸水体吸附净化材料。

 

实施例三：

携带活性炭的高比表面积纺丝线团聚乳酸水体吸附净化材料

1）选用适合纺丝的聚乳酸树脂（例如牌号6302D），与活性炭颗粒按10:1比例共混均匀后，使用双螺杆挤出机共混造粒。

2）将携带活性炭的聚乳酸树脂通过树脂纺丝工艺制备成直径0.5-1mm的纤维。

3）将树脂纤维混缠冷压成高比表面积的线团固态形状。

4）将线团固体浸入0.1mol/L NaOH溶液中，在40摄氏度下降解刻蚀30分钟，取出后用水清洗干净，最终得到表面粗糙的，携带活性炭的高比表面积纺丝线团聚乳酸水体吸附净化材料。

 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。 

Claims (8)

1.一种由聚乳酸制备的水体净化基体材料，其特征在于利用聚乳酸的可降解性，在实现物理吸附功能的同时，使用过程中可生成新的吸附空间，从而避免或延迟因吸附饱和而失效。

2.如权利要求1如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于利用其可降解特性，可以在使用过程中，通过形态观测或失重称量，来判断材料的吸附饱和程度以及判断是否失效。

3.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于制备为多孔材料形态，其具有高比表面积可用于物理吸附。

4.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于制备为膜形态，其具有高比表面积可用于物理吸附。

5.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于制备为纺丝线团形态，其具有高比表面积可用于物理吸附。

6.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于制备为颗粒形态，其具有高比表面积可用于物理吸附。

7.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于材料表面经化学刻蚀或物理凿刻方法做粗糙处理，以提高比表面积，用于物理吸附。

8.如权利要求1，2如述的聚乳酸水体净化基体材料，其特征在于利用其良好加工性实现与他种水体净化材料的共混搭载。