CN108607513B - 一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法，特征在于，首先采用辛基酚聚氧乙烯醚溶液对玻璃纤维预处理，得到预处理玻璃纤维；再采用氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；然后在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：74~78%，六次甲基四胺：8~12%，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：12~16%，各组分质量百分比之和为百分之百，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。该吸附剂对全氟辛酸具有选择性吸附，良好的机械性能，有很好的化学稳定性，吸附速度快，容易洗脱，具有再生能力。

Description

一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种吸附材料的制备方法与应用技术，特别涉及一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法及应用，属于分离材料应用技术领域。
背景技术
玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维（氧化钠0%～2%，属铝硼硅酸盐玻璃）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%～12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。采用玻璃纤维作为吸附剂载体，是理想的选择。
六亚甲基四胺，为多环杂环胺类化合物，其结构特征类似于金刚烷，具有弱碱性。常用于化工、医药、合成材料等行业。由于其特殊的结构，采用六亚甲基四胺改性玻璃纤维后，对全氟辛酸具有很强的吸附性能。
全氟辛酸（PFOA），或者称为“C8”，为一种人工合成的化学品，通常是用于生产高效能氟聚合物时所不可或缺的加工助剂。这些高效能氟聚合物可被广泛应用于航空航天科技、运输、电子行业，以及厨具（如不粘锅）等民生用品。从20世纪80年代早期开始，这种非挥发性全氟有机化合物在工业及民用领域的应用增长迅速。该类产品的大量使用使得其以各种途径进入到全球范围内的各种环境介质如土壤、水体、大气中，通过食物链的传递放大，目前在许多动物组织和人体中发现了PFOA的存在。全氟辛酸的急性毒性实验结果表明属于中等毒至低毒范围，雄性大鼠的半数致死量>500 mg/kg，雌性大鼠的半数致死量为250～500mg/kg。全氟辛酸的毒理学研究证实其具有肝脏毒性，研究人员给小鼠以27.9mg/kg-111.5mg/kg的全氟辛酸灌胃染毒，两周后各剂量染毒组小鼠血清中ALT和AST活性均明显高于对照组。因此PFOA已经成为一种重要的全球性污染物，它对环境污染的广度和深度超出人们预想，目前对于该问题的研究已经成为环境科学的研究热点。对于PFOA等全氟烷基类持久性污染物的治理技术目前已有研究，因其极好的稳定性造成采用传统废水处理方法无法将其降解。吸附分离除去环境水中存在的有机、无机污染物，已被认为是一种十分有效和常用的处理方法，采用吸附分离法除去水中的PFOA成为本领域技术人员关注问题，采用吸附分离除去PFOA报道很少。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法，主要是以玻璃纤维为支持体，采用六次甲基四胺进行改性，合成对全氟辛酸具有强吸附能力的吸附剂。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法，特征在于，该方法具有以下工艺步骤：
（1）玻璃纤维预处理：将玻璃纤维进行，使长度在2~10mm之间，玻璃纤维放入质量百分浓度为1.5~2.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，按如下组成的质量百分比加入，无水乙醇：56~60%，氯丙基三乙氧基硅烷：26~30%，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：12~16%，各组分质量百分比之和为百分之百，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：74~78%，六次甲基四胺：8~12%，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：12~16%，各组分质量百分比之和为百分之百，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
在步骤（1）中所述的玻璃纤维与质量百分浓度为1.5~2.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液的固液比为1g：12~15mL。
本发明的另一个目的是提供六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂对全氟辛酸样品的吸附分离。特征为：将制备好的六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂制作成吸附柱，按动态法吸附，流速为2.0~2.5mL/ min，吸附后用乙醇与氢氧化钠混合溶液洗脱，流速为0.5mL/min，或者静态吸附。
本发明的优点及效果是：
（1）本发明获得六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂，具有特殊结构，对全氟辛酸具有强能力，选择性较高，对其它共存物质不吸附，可以分离分子结构相近的物质。
（2）本发明制备六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂，由于是在玻璃纤维表面修饰上六次甲基四胺，其吸附位点都在吸附剂的表面，有利于全氟辛酸吸附和洗脱，洗脱时间短，吸附能力强、效率高，由于玻璃纤维的比表面积大，连接吸附位点多，与水接触面大，其对全氟辛酸分子吸附容量大，其最大吸附容量为162.1 mg/g，最高吸附率可达98.2%。
（3）本发明制备六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂，由于玻璃纤维具有孔隙率高，体积密度小、比表面积大及独特的物理表面特性，加之玻璃纤维材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学稳定性，有良好的物理化学稳定性和优异的机械稳定性，对全氟辛酸分子吸附操作简单。制备过程简单，条件易于控制，生产成本低。
具体实施方式
实施例1
（1）玻璃纤维预处理：将长度在2~10mm之间玻璃纤维20g，放入280mL质量百分浓度为2.0%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：74mL，氯丙基三乙氧基硅烷：28g，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：14g，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：76mL，六次甲基四胺：10g，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：14g，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
实施例2
（1）玻璃纤维预处理：将长度在2~10mm之间玻璃纤维40g，放入600mL质量百分浓度为2.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：72mL，氯丙基三乙氧基硅烷：27g，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：16g，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：75mL，六次甲基四胺：12g，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：12g，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
实施例3
（1）玻璃纤维预处理：将长度在2~10mm之间玻璃纤维50g，放入580mL质量百分浓度为1.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：76mL，氯丙基三乙氧基硅烷：28g，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：12g，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：78mL，六次甲基四胺：8g，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：16g，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
实施例4
（1）玻璃纤维预处理：将长度在2~10mm之间玻璃纤维30g，放入390mL质量百分浓度为1.8%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，分别加入，无水乙醇：71mL，氯丙基三乙氧基硅烷：30g，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：14g，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，分别加入，去离子水：74mL，六次甲基四胺：11g，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：15g，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
本发明制备六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂，对全氟辛酸其最大吸附容量为162.1 mg/g，最高吸附率可达98.2%。全氟辛酸的采用高效液相色谱法测定。

Claims (2)

1.一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法，特征在于，该方法具有以下工艺步骤：
（1）玻璃纤维预处理：将长度在2~10mm之间玻璃纤维放入质量百分浓度为1.5~2.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液中，玻璃纤维与质量百分浓度为1.5~2.5%的辛基酚聚氧乙烯醚溶液的固液比为1g：12~15mL，室温搅拌反应2h，固液分离，用去离子水洗至中性，干燥，得到预处理玻璃纤维；
（2）氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维制备：在反应器中，按如下组成的质量百分比加入，无水乙醇：56~60%，氯丙基三乙氧基硅烷：26~30%，混合均匀，加入预处理玻璃纤维：12~16%，各组分质量百分比之和为百分之百，温度升到58±2℃恒温，回流反应5h，固液分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维；
（3）六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备：在反应器中，按如下组成质量百分比加入，去离子水：74~78%，六次甲基四胺：8~12%，搅拌溶解，加入氯丙基三乙氧基硅烷修饰玻璃纤维：12~16%，各组分质量百分比之和为百分之百，室温，搅拌反应6h，反应完毕后，固液分离，用去离子水洗涤，干燥，得到六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂的制备方法所制备的六次甲基四胺改性玻璃纤维吸附剂。
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