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Abstract

本发明提供一种复合吸附材料，由基质层和包覆在基质层表面的表层组成，基质层为活性碳纤维，表层为中空纤丝和短纤维的混合物，所述混合物以不规则形态分布在活性碳纤维表面，且所述混合物与活性碳纤维表层紧密结合。相应地，还提供了该吸附材料的制备方法，通过调制纺丝液，将纺丝液挤出形成中空纤丝，然后将纤丝、短纤维与活性碳纤维交缠在一起，之后干燥而得到吸附材料。本发明既保留了活性碳纤维超强的吸附能力，又提高了其表面锁油控油能力，具有在使用过程中不易洗脱、使用寿命长的特点，能够减小吸附物质渗漏，避免二次污染。

Description

一种复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸附材料领域，具体是一种复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
油类通过不同途径进入水体环境形成含油废水。含油废水是一种量大、面广且危害严重的废水，其主要来源于石油工业、机械制造工业、运输工业和餐饮业等。含油废水排入水体会造成严重的影响：水体溶解氧下降，产生恶臭，造成水质恶化；水中生物因缺氧而死亡，并导致鱼类、贝类等变味而不宜食用；海上鸟类体表粘上溢油，会丧失飞行功能，甚至会造成鸟类死亡。另外，含油废水也会污染大气，影响农作物生长。因此，对含油废水的治理成为急需解决的问题，对人类生存和社会持续发展有重要意义。
对含油废水的吸附法处理，主要是利用亲油性材料的物理及化学吸附性能，吸附含油废水中的溶解油和其他污染物的过程。吸附法对其他方法难以去除的一些大分子有机污染物的处理效果尤为显著，经处理后出水水质好且比较稳定，因而吸附法在含油废水处理中有着不可取代的作用。吸附剂是吸附过程的重要物质基础，根据不同的含油废水处理工艺和经济性要求，可以采用不同类型的吸附剂。
活性炭是一种经过活化处理的多孔炭，为粉末状或颗粒状，具有巨大的比表面积和特别发达的微孔结构，吸附能力强，吸附容量大，是最常用的水处理用吸附剂。活性碳纤维是纤维活性炭是一种较之粉末状或颗粒状活性炭具有更强吸附能力的高效吸附剂，活性碳纤维为纤维状，纤维上布满微孔，其重量轻、吸附能力强，在工业和生活领域都有极大的应用前景。但是，一些应用场合不仅要求吸附材料具有较强的吸附能力，还需要利用吸附材料本身锁住吸附物质，以避免吸附物质在转移过程中泄漏，造成二次污染；因而，利用具有较强吸附能力的纤维活性碳，通过特殊工艺制造具有较好锁控能力的吸附材料显得尤为重要。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的不足，提供一种兼具油污吸附能力和锁控能力的材料。
为解决上述问题，本发明提供了一种复合吸附材料，由基质层和包覆在基质层表面的表层组成，所述基质层为活性碳纤维，所述表层为中空纤丝和短纤维的混合物，所述混合物以不规则形态分布在活性碳纤维表面，且所述混合物与活性碳纤维表层紧密结合；所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm，所述短纤维的纤维长度为1-3mm。
所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
所述短纤维为天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维的混合物。
一种上述复合吸附材料的制备方法，包括：
S1、调制纺丝液；
S2、将制备得到的纺丝液压滤，并采用纺丝设备将纺丝液从两个同心管组成的喷丝头挤出，获得未固结的中空纤丝，对中空纤丝进行冷却定型；
S3、将经冷却的中空纤丝敷设在活性碳纤维表面，其中，活性碳纤维的传送速度小于中空纤丝挤出速度的两倍，由此使中空纤丝以不规则形态分布在活性碳纤维表面；
S4、将浆状短纤维浆料泵至中空纤丝和活性碳纤维表面；
S5、将短纤维、中空纤丝、活性碳纤维水刺交缠在一起；
S6、干燥S5所得材料。
所述S1具体包括：将反应单体、交联剂、引发剂与溶剂混合，于70-95℃搅拌反应18-24h得微交联凝胶，将基材加入微交联凝胶中，于70～95℃条件下搅拌至基材与微交联凝胶混匀，然后过滤除去固态杂质，脱泡，静置熟化即得纺丝液。
进一步地，所述基材为聚砜、聚偏氟乙烯或聚醚砜；所述反应单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯；反应单体的总重量不超过基材重量的一半，交联剂的剂量为反应单体总摩尔量的0.5％～2％，引发剂的剂量为反应单体总重量1％～4％。
所述S2中，采用喷雾对中空纤丝进行冷却定型。
进一步地，在对纤丝进行喷雾冷却时，所述喷雾温度不高于10℃。
进一步地，所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm；所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
进一步地，所述浆状短纤维浆料由天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维混合调成的浆料，加入湿强剂、干强剂、助留剂和分散剂混合而制得。
由于上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明在活性碳纤维表面包覆特制的中空纤丝和短纤维的混合物，既保留活性碳纤维超强的吸附能力，又能提高表面锁控能力，减小吸附物质渗漏，避免二次污染。
(2)由于本发明采用的功能单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯与交联剂通过自由基聚合形成了网状的微交联凝胶结构，该微交联凝胶与基材混合后与基材的分子链之间形成网络结构，不仅加强了中空纤丝的吸附和锁控能力，还使得吸附材料具有在使用过程中不易洗脱、使用寿命长的特点。
(3)中空纤丝一经挤出即通过喷雾冷却定型，降低纤丝的粘性，消除纤丝暴露于空气中产生的静电，避免纤丝于敷设在活性碳纤维前聚拢和粘结，提高中空纤丝在活性碳纤维表面的分散性，形成致密结构。
(4)将短纤维、中空纤丝、活性碳纤维水刺交缠在一起，可以使中空纤丝进入活性碳纤维中，使得结合紧密，短纤维以其纤维长度的优势能够进入中空纤丝活性碳纤维之间，形成致密结构，使所制得的材料结构更为可靠，不易脱落。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提供了一种复合吸附材料，由基质层和包覆在基质层表面的表层组成，所述基质层为活性碳纤维，所述表层为中空纤丝和短纤维的混合物，所述混合物以不规则形态分布在活性碳纤维表面，且所述混合物与活性碳纤维表层紧密结合；所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm，所述短纤维的纤维长度为1-3mm。
所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
所述短纤维为天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维的混合物。
实施例二：
一种上述复合吸附材料的制备方法，包括：
S1、调制纺丝液；
S2、将制备得到的纺丝液压滤，并采用纺丝设备将纺丝液从两个同心管组成的喷丝头挤出，获得未固结的中空纤丝，对中空纤丝进行冷却定型；
S3、将经冷却的中空纤丝敷设在活性碳纤维表面，其中，活性碳纤维的传送速度小于中空纤丝挤出速度的两倍，由此使中空纤丝以不规则形态分布在活性碳纤维表面；
S4、将浆状短纤维浆料泵至中空纤丝和活性碳纤维表面；
S5、将短纤维、中空纤丝、活性碳纤维水刺交缠在一起；
S6、干燥S5所得材料。
所述S1具体包括：将反应单体、交联剂、引发剂与溶剂混合，于70-95℃搅拌反应18-24h得微交联凝胶，将基材加入微交联凝胶中，于70～95℃条件下搅拌至基材与微交联凝胶混匀，然后过滤除去固态杂质，脱泡，静置熟化即得纺丝液。
进一步地，所述基材为聚砜、聚偏氟乙烯或聚醚砜；所述反应单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯；反应单体的总重量不超过基材重量的一半，交联剂的剂量为反应单体总摩尔量的0.5％～2％，引发剂的剂量为反应单体总重量1％～4％。
所述S2中，采用喷雾对中空纤丝进行冷却定型。
进一步地，在对纤丝进行喷雾冷却时，所述喷雾温度不高于10℃。
进一步地，所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm；所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
所述浆状短纤维浆料由天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维混合调成的浆料，加入湿强剂、干强剂、助留剂和分散剂混合而制得。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合吸附材料，由基质层和包覆在基质层表面的表层组成，其特征在于，所述基质层为活性碳纤维，所述表层为中空纤丝和短纤维的混合物，所述混合物以不规则形态分布在活性碳纤维表面，且所述混合物与活性碳纤维表层紧密结合；所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm，所述短纤维的纤维长度为1-3mm。
2.根据权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于，所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
3.根据权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于，所述短纤维为天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维的混合物。
4.一种复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1、调制纺丝液；
S2、将制备得到的纺丝液压滤，并采用纺丝设备将纺丝液从两个同心管组成的喷丝头挤出，获得未固结的中空纤丝，对中空纤丝进行冷却定型；
S3、将经冷却的中空纤丝敷设在活性碳纤维表面，其中，活性碳纤维的传送速度小于中空纤丝挤出速度的两倍，由此使中空纤丝以不规则形态分布在活性碳纤维表面；
S4、将浆状短纤维浆料泵至中空纤丝和活性碳纤维表面；
S5、将短纤维、中空纤丝、活性碳纤维水刺交缠在一起；
S6、干燥S5所得材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括：将反应单体、交联剂、引发剂与溶剂混合，于70-95℃搅拌反应18-24h得微交联凝胶，将基材加入微交联凝胶中，于70～95℃条件下搅拌至基材与微交联凝胶混匀，然后过滤除去固态杂质，脱泡，静置熟化即得纺丝液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基材为聚砜、聚偏氟乙烯或聚醚砜；所述反应单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯；反应单体的总重量不超过基材重量的一半，交联剂的剂量为反应单体总摩尔量的0.5％～2％，引发剂的剂量为反应单体总重量1％～4％。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S2中，采用喷雾对中空纤丝进行冷却定型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在对纤丝进行喷雾冷却时，所述喷雾温度不高于10℃。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中空纤丝的内径为300-600μm，壁厚50-70μm；所述活性碳纤维的纤维直径为5-10μm，比表面积1000～1500m2/g，所述活性碳纤维均匀分布若干微孔，微孔平均孔径为1.0-4.0nm。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浆状短纤维浆料由天然纤维、人造纤维或天然纤维与人造纤维混合调成的浆料，加入湿强剂、干强剂、助留剂和分散剂混合而制得。
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