CN107447514A - 一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布及其制备方法 - Google Patents

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    • D06M14/26—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials using wave energy or particle radiation on to materials of synthetic origin
    • D06M14/28—Graft polymerisation of monomers containing carbon-to-carbon unsaturated bonds on to fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials using wave energy or particle radiation on to materials of synthetic origin of macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Abstract

本发明公开了一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布及其制备方法，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布23～56份、二苯甲酮13～24份、亚甲基二丙烯酰胺11～25份、吐温‑60 10～25份、无水乙醇16～28份、丙酮8～19份、氯化铵6～19份、硫酸钾11～19份、苯乙烯磺酸钠12～18份、N‑乙烯基‑2‑吡咯烷酮2～7份、丙烯酰胺3～8份、丙烯酸1～8份、去离子水23～45份。本发明所述阳离子单体接枝聚丙烯无纺布具有良好亲水性，较大水通量及优异的吸附性能；本发明所述无纺布的制备方法简单，且可以重复循环利用。

Description

一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于材料化学领域，涉及一种功能性无纺布材料，具体为一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布及其制备方法。
背景技术
染料废水具有有机物浓度高、色度高、无机盐含量高、成份复杂、可生化性差、脱色困难，且含有多种具有生物毒性或导致“三致”(致癌、致畸、致突变)作用的有机物等，一直是工业污水处理中的难点，也是当前国内外水污染处理领域急需解决的一大难题。同时也是实现资源综合利用、环境友好、可持续发展的重要步骤。为了解决有机染料对环境的污染，人们采用了不同方法与技术对含有染料的废水进行了各种处理途径的尝试，并取得了一定的进展。
染料废水处理方法可分为化学法、生化法、电化学法和物理法。Fenton法存在处理费用高，工艺条件复杂，过程不易控制等缺点。臭氧氧化法会产生急性、慢性毒性副产物，处理成本高。混凝法需要投入大量的混凝剂，运行费用较高，泥渣量多且脱水困难，并且对亲水性染料的处理效果差。生物处理法运行成本较低、效果较好，对于可生化性较高的染料废水采用好氧处理法对BOD的去除率较高，但是对色度的去除率却不太理想。电化学法被称为清洁处理法，但能耗、设备成本高，这使电化学法单独应用受到限制。物理法包括活性炭吸附法、膜分离法。尽管活性炭是一种优良的吸附剂，但是由于再生费用昂贵，使其难以推广应用，一般应用于浓度较低的染料废水处理。膜分离技术应用于染料废水处理，可实现节水、减污和降耗等作用，如Mo等人用聚酰胺纳滤复合膜处理人工合成直接红、直接绿染料废水时，去除率接近100％。Ku等人采用聚酰胺纳滤膜处理酸性染料废水时，染料截留率大于98％。国内从事膜分离研究的科研院所主要有清华大学、中国科技大学、浙江大学、大连理工大学、天津工业大学、南京工业大学、中国科学院生态环境研究中心和国家海洋局水处理技术研究开发中心等。但膜技术存在浓差极化、膜污染严重以及膜的价格较贵等缺点，造成处理成本较高，从而阻碍了膜分离技术大规模的工业应用。
离子交换纤维(IEF)是继颗粒状离子交换树脂之后的新一代功能性吸附分离材料。与上述各类多孔分离膜相比，离子交换与吸附纤维及其织物具有比表面积大、交换速度快、有类似于膜分离的作用、且跨膜压力低、对染料有高吸附选择性﹑再生时间短、易于洗脱等优点。它可以以多种形式应用，如纤维、纱线、织物、非织造布等，因而适用于多种方式的离子交换过程。现己广泛用于制备电子纯水、生物制剂、工业污水处理、有毒和恶臭气体吸附、催化剂载体、贵重金属回收、海洋稀有金属采集、药品的分离提取和生物化学等领域，是当今迅速发展的高新技术之一。近年来这类纤维及其织物逐渐应用于印染废水的处理。李鑫等人采用自制的聚丙烯基强碱阴离子交换纤维(IEF)处理活性染料模拟废水，讨论了IEF用量、介质pH值、温度等对活性艳黄X-RG溶液的脱色率和脱色速率的影响，IEF用量、p H值和温度的增加有利于脱色速率的提高，对活性艳黄和活性艳红染料的脱色率在96％以上，IEF对活性染料的脱色效果明显优于天然锰钾矿和D296强碱性阴离子交换树脂。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，获得一种具有良好亲水性，较大水通量及优异的吸附性能，且制备方法简单，可重复利用的改性无纺布，本发明提供了一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布及其制备方法。
技术方案：一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布23～56份、二苯甲酮13～24份、亚甲基二丙烯酰胺11～25份、吐温-60 10～25份、无水乙醇16～28份、丙酮8～19份、氯化铵6～19份、硫酸钾11～19份、苯乙烯磺酸钠12～18份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮2～7份、丙烯酰胺3～8份、丙烯酸1～8份、去离子水23～45份。
优选的，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布50份、二苯甲酮21份、亚甲基二丙烯酰胺22份、吐温-60 19份、无水乙醇23份、丙酮16份、氯化铵15份、硫酸钾17份、苯乙烯磺酸钠16份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮5份、丙烯酰胺6份、丙烯酸5份、去离子水40份。
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，包含以下步骤：
(1)将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后20～35℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎；
(2)20～35℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存；
(3)将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在20～35℃条件下进行辐照；
(4)取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，20～35℃条件下干燥至恒重；
(5)将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应3～8小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应12～18小时；
(6)将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理5～12小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
优选的，步骤(1)中将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后30℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎。
优选的，步骤(2)中30℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存。
优选的，步骤(3)中将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在30℃条件下进行辐照。
优选的，步骤(4)中取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，30℃条件下干燥至恒重。
优选的，步骤(5)中将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应6小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应15小时。
优选的，步骤(6)中将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理9小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
有益效果：(1)本发明所述阳离子单体接枝聚丙烯无纺布具有良好亲水性，较大水通量及优异的吸附性能；(2)本发明所述无纺布的制备方法简单，且可以重复循环利用。
具体实施方式
实施例1
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布23份、二苯甲酮13份、亚甲基二丙烯酰胺11份、吐温-60 10份、无水乙醇16份、丙酮8份、氯化铵6份、硫酸钾11份、苯乙烯磺酸钠12份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮2份、丙烯酰胺3份、丙烯酸1份、去离子水23份。
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，包含以下步骤：
(1)将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后20℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎；
(2)20℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存；
(3)将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在20℃条件下进行辐照；
(4)取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，20℃条件下干燥至恒重；
(5)将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应3小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应12小时；
(6)将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理5小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
实施例2
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布50份、二苯甲酮21份、亚甲基二丙烯酰胺22份、吐温-60 19份、无水乙醇23份、丙酮16份、氯化铵15份、硫酸钾17份、苯乙烯磺酸钠16份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮5份、丙烯酰胺6份、丙烯酸5份、去离子水40份。
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，包含以下步骤：
(1)将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后30℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎；
(2)30℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存；
(3)将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在30℃条件下进行辐照；
(4)取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，30℃条件下干燥至恒重；
(5)将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应6小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应15小时；
(6)将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理9小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
实施例3
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布56份、二苯甲酮24份、亚甲基二丙烯酰胺25份、吐温-60 25份、无水乙醇28份、丙酮19份、氯化铵19份、硫酸钾19份、苯乙烯磺酸钠18份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮7份、丙烯酰胺8份、丙烯酸8份、去离子水45份。
一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，包含以下步骤：
(1)将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后35℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎；
(2)35℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存；
(3)将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在35℃条件下进行辐照；
(4)取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，35℃条件下干燥至恒重；
(5)将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应8小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应18小时；
(6)将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理12小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
对实施例1～3制备获得的阳离子单体接枝聚丙烯无纺布进行性能测试，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
接枝率/％ 100 100 100
表观厚度/mm 0.51 0.52 0.52
拉伸断裂强度/MPa 4.8 5.9 5.3
染料去除率/％ 99 100 100
水通量/L(m2h) 512 565 550

Claims (9)

1.一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，其特征在于，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布23～56份、二苯甲酮13～24份、亚甲基二丙烯酰胺11～25份、吐温-60 10～25份、无水乙醇16～28份、丙酮8～19份、氯化铵6～19份、硫酸钾11～19份、苯乙烯磺酸钠12～18份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮2～7份、丙烯酰胺3～8份、丙烯酸1～8份、去离子水23～45份。
2.根据权利要求1所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布，其特征在于，按重量份计，所述无纺布包括：聚丙烯无纺布50份、二苯甲酮21份、亚甲基二丙烯酰胺22份、吐温-6019份、无水乙醇23份、丙酮16份、氯化铵15份、硫酸钾17份、苯乙烯磺酸钠16份、N-乙烯基-2-吡咯烷酮5份、丙烯酰胺6份、丙烯酸5份、去离子水40份。
3.权利要求1所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后20～35℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎；
(2)20～35℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存；
(3)将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在20～35℃条件下进行辐照；
(4)取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，20～35℃条件下干燥至恒重；
(5)将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应3～8小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应12～18小时；
(6)将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理5～12小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
4.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将聚丙烯无纺布裁剪为10cm×10cm的样品，用无水乙醇洗净后30℃条件下烘干，并围绕玻璃棒卷成圆柱状后捆扎。
5.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(2)中30℃条件下，将苯乙烯磺酸钠、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酰胺溶于去离子水中，向其中滴加丙烯酸，混合均匀后置于4℃密封保存。
6.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将步骤(1)捆扎后的聚丙烯无纺布浸没在步骤(2)获得的溶液中，并转移至辐照管中，待抽真空和充氮除氧后密封辐照试管，并置于紫外光室中，在30℃条件下进行辐照。
7.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(4)中取出辐照后的聚丙烯无纺布，用去离子水浸泡并超声洗涤，然后置于电热鼓风干燥箱中，30℃条件下干燥至恒重。
8.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(5)中将氯化铵和硫酸钾溶解于去离子水中，将步骤(4)处理后的聚丙烯无纺布浸没于其中，反应6小时，依次加入二苯甲酮、亚甲基二丙烯酰胺和吐温-60，继续反应15小时。
9.根据权利要求3所述的一种阳离子单体接枝聚丙烯无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(6)中将步骤(5)处理后的聚丙烯无纺布浸没在丙酮中，处理9小时后，依次用无水乙醇、去离子水洗净，真空干燥后制得。
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