CN105148870A - 能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法。将干燥的腈纶纤维与N,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺按重量比为1:1-10置于反应器中，加入去离子水，腈纶纤维与去离子水重量比为1:1，用碱溶液调整pH值为8-12，搅拌回流反应，滤出纤维，用乙醇和水(60–70℃)反复洗涤，于温度50-80℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。该螯合功能纤维以腈纶纤维为基体，在基体上以共价键负载氨基吡啶官能团。该纤维能够选择性去除多种重金属离子，而对轻金属离子吸附力很弱；且该螯合纤维具有优良的循环性，重复使用50次，纤维依然保持很好的强度和去除能力。

Description

能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能纤维及其制备方法，尤其是一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
近年来，随着我国工业的快速发展和农用化学品的增加，水污染日益严重。其中重金属离子污染尤为严重。重金属离子在工厂、矿山生产过程中随废水排出，进入水体中不能被微生物降解，经食物链的富集作用，能逐级在较高级生物体内千百倍的增加含量，最终进入人体。一般常见的重金属离子有汞、镉、铅、铬、钴、钒、钡等离子。其中汞离子的毒性最大，镉、铅、铬离子也有较大的危害。水源的污染不仅给生物和人体健康带来了较大的危害，而且对自来水厂传统的净水工艺和水质造成很大影响。随着人民生活质量的不断提高，检测分析手段的进步，人们对饮用水水质的要求将更加严格，相应供水水质标准也在不断提高。因此，如何有效地去除微污染源水中的重金属离子污染，己成为一项非常重要和迫切的新课题。水处理材料的研究，特别是处理水中重金属离子污染材料的研究更是势在必行。
腈纶纤维表面具有腈基等较活泼基团，是制备金属识别材料的有效材料。Bagheri等人通过水解使聚丙烯腈环化，然后再与硫脲反应得到负载硫脲的离子交换纤维。在pH＝4的条件下，该纤维可在Hg2+和Pb2+存在下选择性吸附Cr3+，可以作为选择性分离和富集Cr3+的功能材料；将氯乙酸钠接枝到二乙烯三胺胺化纤维上，得到类EDTA结构的金属离子螯合纤维，该纤维对水溶液中的多种金属离子，如Ag+，Cu2+，Cd2+，Hg2+，Ca2+等，都有较好的去除效果；Sadeghi等人通过对腈纶纤维进行水解、酰氯化及胺化反应，制备了具有亚胺基羧基的改性腈纶纤维，并将其用于天然水中Nd3+的预浓缩及测定。上述纤维材料或者只能够单一去除某种重金属离子，或者对重金属离子没有选择性，在去除重金属离子的同时去除了轻金属离子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法，该螯合功能纤维以腈纶纤维为基体，在基体上以共价键负载氨基吡啶官能团。该螯合功能纤维能够选择性去除多种重金属离子，而对轻金属离子吸附力很弱；且该螯合纤维具有优良的循环性，重复使用50次，纤维依然保持很好的强度和去除能力。使得其在重金属离子去除方面有很好的实用性。
本发明的技术方案为：
一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维，以腈纶纤维为基体，在基体上以共价键负载氨基吡啶官能团，制备含有氨基吡啶官能团的重金属离子去除专用螯合功能纤维。纤维结构式如下：
本发明的一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维的制备方法，优选步骤如下：
将干燥的腈纶纤维与N,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺按重量比为1:1-10置于反应器中，加入去离子水，腈纶纤维与去离子水重量比为1:1，用碱溶液调整pH值为8-12，搅拌回流反应，滤出纤维，用乙醇和水(60–70℃)反复洗涤，于温度50-80℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
如上所述步骤回流反应时间为2-15小时。
所述乙醇和水(60–70℃)反复洗涤的设备可以选用索氏提取器。
所述碱溶液优选为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾水溶液。
本发明的优点在于，将氨基吡啶官能团负载到腈纶纤维表面，制备含有氨基吡啶官能团的能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维，该功能纤维能够选择性去除多种重金属离子，而对轻金属离子吸附力很弱；且该螯合纤维具有优良的循环性，重复使用50次，纤维依然保持很好的强度和去除能力。
附图说明
图1：同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维的循环使用性能对比图。
具体实施方式
具体实施例进一步说明本发明的实施过程。
实施例1
在100mL三口烧瓶中加入1.0g干燥的腈纶纤维、1.0gN,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺和10mL去离子水，加入碳酸钾调节pH为10，搅拌回流反应15h，滤出纤维，用乙醇和水(60-70℃)反复洗涤，而后在能提取器中用乙醇提取10h，于温度50℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
实施例2
在100mL三口烧瓶中加入1.0g干燥的腈纶纤维、3.6gN,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺和10mL去离子水，加入碳酸钠调节pH为8，搅拌回流反应5.5h，滤出纤维，用乙醇和水(60-70℃)反复洗涤，而后在索氏提取器中用乙醇提取12h，于温度60℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
实施例3
在100mL三口烧瓶中加入1.0g干燥的腈纶纤维、6.8gN,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺和10mL去离子水，加入碳酸氢钾调节pH为9，搅拌回流反应3.5h，滤出纤维，用乙醇和水(60-70℃)反复洗涤，而后在索氏提取器中用乙醇提取15h，于温度70℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
实施例4
在100mL三口烧瓶中加入1.0g干燥的腈纶纤维、10gN,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺和10mL去离子水，加入碳酸氢钠调节pH为12，搅拌回流反应2h，滤出纤维，用乙醇和水(60–70℃)反复洗涤，而后在索氏提取器中用乙醇提取20h，于温度80℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
取实施例2所述氨基吡啶功能化纤维0.1g，干燥后分别置于不同金属离子的溶液中，进行吸附性能测试，结果如表1所示。由表可知该纤维仅对重金属离子具有较好的选择去除性能，对钙、镁等轻金属离子去除效果很差，因此可以用作重金属离子去除专用功能纤维。
表1：螯合功能纤维对不同金属离子的去除
金属离子 Pb2+ Hg2+ Cd2+ Ag+ Zn2+ Cu2+ Ni2+ Co2+ Cr3+ Ca2+ Mg2+
吸附前(mg/L) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
吸附后(mg/L) 0.00476 0.04491 0.01374 0.02914 0.03634 0.03368 0.00852 0,01354 0.06821 0.35935 0.41369
去除率(％) 99.01 91.02 97.25 94.17 92.73 93.26 98.29 97.29 86.36 28.13 17.26
此外，该纤维材料有很好的循环使用性能。当螯合纤维与重金属离子作用后，经过简单的方法即可将金属离子解吸出来，从而实现纤维的循环使用。以铜离子为例对该纤维的循环使用性能进行测定，结果如图1所示。图中所示1-50为循环使用次数，由图可知吸附铜离子前，纤维表现为本身的亮黄色(图1中表现为浅色)，吸附铜离子后，纤维变为蓝色(图1中表现为深色)；当用简单的方法去除螯合的金属离子后，纤维恢复本身的亮黄色(图1中表现为浅色)。重复使用50次依然保持很好的吸附性能、变色性能及强度。
本发明公开和提出的一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维及其制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数、结构设计等环节实现。本发明的方法与技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (4)

1.一种能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维，以腈纶纤维为基体，在基体上以共价键负载氨基吡啶官能团，制备含有氨基吡啶官能团的能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维，纤维结构式如下:
2.能够同时去除多种重金属离子的螯合功能纤维的制备方法，其特征是：将干燥的腈纶纤维与N,N-双(2-吡啶亚甲基)乙二胺按重量比为1:1-10置于反应器中，加入去离子水，腈纶纤维与去离子水重量比为1:1，用碱溶液调整pH值为8-12，搅拌回流反应，滤出纤维，用乙醇和60-70℃的水反复洗涤，于温度50-80℃下真空干燥纤维，得亮黄色氨基吡啶功能化纤维。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是所述回流反应时间为2-15小时。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是所述乙醇和60–70℃水反复洗涤的设备选用索氏提取器。
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