CN108660753A

CN108660753A - 一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法

Info

Publication number: CN108660753A
Application number: CN201810420251.3A
Authority: CN
Inventors: 凤权; 刘锁; 叶懋; 李鑫; 朱紫青; 王雅倩
Original assignee: Anhui Polytechnic University
Current assignee: Anhui Polytechnic University
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明公开了一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法，涉及一种功能非织造布的制备方法，该方法为：首先将经四氢呋喃溶剂处理待用的水刺黏胶纤维非织造布，放置在四氢呋喃、2‑溴异丁酰溴和三乙胺混合溶液中，制得自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布；随后将制得的自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布与甲基丙烯酸羟乙酯，放置在CuCl固体和除氧后的N，N‑二甲基甲酰胺、1,1,4,7,10,10‑六甲基三亚乙基四胺混合溶液中，最终制得吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布。本发明制备的水刺黏胶纤维非织造布对重金属离子吸附性能更高，为解决吸附重金属离子的技术问题提供了一种不同构思的技术方案。

Description

一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能非织造布的制备方法，具体为一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法。

背景技术

随着工业化进程的快速发展，由重金属离子污染物进入水体而造成的环境危害越来越引起人们的重视，由于重金属离子污染来源广阔且常用的处理方法不能分解破坏，一般只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。吸附法一直被认为是水体中微量重金属去除的理想方法，而吸附法的关键在于吸附剂材料的选择。

非织造布，也称无纺布，它是直接利用高聚物切片、短纤维或长丝将纤维通过气流或机械成网，然后经过水刺，针刺，或热轧加固，最后经过整理形成的无编织布料。由于非织造布自身的纤维结构具有一定的吸附作用，加上其来源广泛、价格低廉，经过改性后有可能成为理想的吸附材料。目前已有针对吸附含油有机溶液、吸水保水的非织造布制备方法的少量报道。

一种吸附有机液体非织造布的制造方法，如ZL201010256227.4公开的聚丙烯纤维非织造布制造方法：1、由甲基丙烯酸正丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸β羟乙酯三个单体，制备三元共聚树脂；2、制备三元共聚冻胶；3、将所得冻胶利用双螺杆纺丝机进行纺丝；4、将初生吸附有机液体功能纤维拉伸2～6倍后既得吸附有机液体功能纤维；5、将所得纤维干燥后，按1:1～4:1的质量比例，铺放在PP(丙纶)网或PET(涤纶)网之上混合，或者铺夹在两层PP网或PET网之中混合，并用PP熔喷非织造布包裹两边，然后采用针刺法加工固定，即制得吸附有机液体非织造布。本发明制造的有机液体吸附非织造布不仅利用其内部吸附功能纤维将有机液体吸附到纤维内部，而且可以通过纤维自身的溶胀进行保油，保油能力大为提高。

还有一种快速高吸水非织造布的制备方法，如ZL201610614305.0公开的聚酯纤维非织造布制备方法：采用紫外辐照引发的方式，以亲水性单体、共聚单体、引发剂、交联剂和蒸馏水配制成混合接枝液，将具有高吸水能力的吸水树脂层共聚交联在聚酯非织造布基体上，最后经过氢氧化钠中和，再经乙醇脱水制备出具有大量蓬松结构的快速高吸水非织造布。本发明所制备的快速高吸水非织造布吸水速度更快，形态结构更稳定，实用性强。

目前国内外对吸附重金属离子非织造布制备方法的报道极少，为弥补现有技术应用领域的不足，对吸附重金属离子非织造布制备方法的研究也越来越迫切，

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法，该制备方法以来源广泛、价格低廉的普通水刺黏胶纤维非织造布为原料，利用其表面具有大量活泼羟基且氢原子易被其他基团取代的特点，依据原子转移自由基聚合(ATRP)技术原理，将甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)单体中的酯基接枝到水刺黏胶纤维非织造布表面进行改性，使改性后的水刺黏胶纤维非织造布具有更强的重金属离子吸附性能。该制备方法具有工艺简单、反应温和、后处理容易、易于产业化等特点，制备的非织造布对重金属离子吸附性能大为提升。

为了实现本发明目的：该制备方法如下：

(1)准确称重水刺黏胶纤维非织造布，放置在质量为100毫克四氢呋喃(THF)分散剂中搅动20分钟取出，待用。此步骤可除去非织造布上的杂质和油污，有益于提高自由基引发的效率。

(2)在一定温度条件下将步骤(1)中处理待用的水刺黏胶纤维非织造布，放置在由2-溴异丁酰溴(2-BIB)、三乙胺(TEA)和THF混合溶液组成的引发体系中，水浴搅拌3个小时，转速为80转/分钟；待反应完成后，分别用THF和去离子水充分洗涤后，在THF中保存，制得自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布。此步骤为自由基引发阶段，是非织造布改性成功必不可少的，在引发剂2-BIB中，一个溴原子用于取代接枝反应，另一个溴原子可以作为引发活性中心，有益于制备大引发剂非织造布-溴；TEA作为酯化反应催化剂，有益于接枝反应的进行。

(3)准确称取催化剂CuCl固体，将CuCl固体加入到除氧后的由1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺(HMTETA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液组成的催化体系中，磁力搅拌2个小时。此步骤除氧目的是防止在接枝反应发生前CuCl被氧化，使用配位剂HMTETA、DMF是为了增强CuCl的溶解性，增加催化活性，这些方法均有益于提高CuCl的催化效率。

(4)将步骤(2)中制得自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布与接枝单体HEMA，放置步骤(3)制得的CuCl/HMTETA/DMF混合液体组成的催化体系中，在常温下进行反应，反应结束后，取出经改性的水刺黏胶纤维非织造布，用无水乙醇多次清洗，干燥后得到吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布。此步骤中选择HEMA作为接枝单体，是利用HEMA结构中含有的酯基接枝到非织造布表面可以形成特殊结构，这种特殊结构更加有益于水刺黏胶纤维非织造布吸附重金属离子；反应结束后，用无水乙醇多次清洗目的是去除非织造布上沉积的均聚物，有益于克服改性后的非织造布手感变硬的缺陷。

本发明通过以重金属离子Fe³⁺吸附量为检测对象，将改性后水刺黏胶纤维非织造布与未改性水刺黏胶纤维非织造布进行吸附性能比较，结果显示，本发明制备的水刺黏胶纤维非织造布对重金属离子吸附性能平均提升率为129.0％。

为了优化本发明制备方法：1、在步骤(1)中，准确称重水刺黏胶纤维非织造布的质量为0.80～1.6毫克；2、在步骤(2)中，制备自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布的反应温度为30～40℃，并且混合溶液中各组分的重量百分比为：水刺黏胶纤维非织造布为0.80～1.6wt％、2-BIB为0.20～0.30wt％、TEA为0.10wt％和THF为98.90～98.00wt％；3、步骤(3)混合溶液中各组分的重量百分比为：CuCl为0.30～0.50wt％、HMTETA为1.60wt％、DMF为98.10～97.90wt％。除氧方法是利用液氮将HMTETA/DMF混合液进行三次冻干-抽泵-解冻循环过程；4、步骤(4)中HEMA的质量为20-30毫克，反应时间为2～6小时。

与现有技术相比，本发明积极效果体现在：

1、本发明采用改性后的水刺黏胶纤维非织造布来吸附重金属离子，为解决重金属离子吸附的技术问题，提供了一种不同构思的技术方案。

2、本发明制备的水刺黏胶纤维非织造布，对重金属离子吸附性能平均提升率可达到129.0％。

3、本发明改性后的水刺黏胶纤维非织造布，形态良好，条干均匀，表面光洁，依然保持原有的物理化学性质。

4、本发明使用的改性原料水刺黏胶纤维非织造布，来源广泛、价格低廉，制备方法工艺简单、反应温和、后处理容易、易于产业化。

5、本发明制备的水刺黏胶纤维非织造布表面接枝了大量的功能性基团，还可应用于大分子过滤、酶固定等应用领域。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1

一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)准确称重水刺黏胶纤维非织造布0.80毫克，放置在质量为100毫克THF分散剂中，搅动20分钟取出，待用。

(2)在30℃温度条件下，将步骤(1)中处理待用的水刺黏胶纤维非织造布，放置在由2-BIB、TEA和THF混合溶液组成的引发体系中，混合溶液中各组分的重量百分比为：水刺黏胶纤维非织造布为0.80wt％、2-BIB为0.20wt％、TEA为0.10wt％和THF为98.90wt％；水浴搅拌3个小时，转速80转/分钟；待反应完成后，分别用THF和去离子水充分洗涤后，在THF中保存，制得自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布。

(3)准确称取催化剂CuCl固体0.30毫克，将CuCl固体加入到除氧后的HMTETA、DMF、混合溶液组成的催化体系中，混合溶液中各组分的重量百分比为：CuCl为0.30wt％、HMTETA为1.60wt％、DMF为98.10wt％，磁力搅拌2个小时。

(4)将步骤(2)中制得的自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布与接枝单体HEMA20.00毫克，放置步骤(3)制得的CuCl/HMTETA/DMF混合液体组成的催化体系中，在常温下进行反应2个小时，反应结束后，取出经改性的水刺黏胶纤维非织造布，用无水乙醇多次清洗，干燥后得到吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布。

实施例2

吸附金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法同实施例1

区别在于：1、步骤(1)中准确称重水刺黏胶纤维非织造布1.20毫克；

2、步骤(2)中发生反应的温度条件为35℃，混合溶液中各组分的重量百分比为：水刺黏胶纤维非织造布为1.2wt％、2-BIB为0.25wt％、TEA为0.10wt％和THF为98.45wt％。

3、步骤(3)准确称取催化剂CuCl固体0.40毫克，混合溶液中各组分的重量百分比为：CuCl为0.40wt％、HMTETA为1.60wt％、DMF为98.00wt％。

4、步骤(4)中HEMA的质量为25毫克，反应时间为4个小时。

实施例3

吸附金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法同实施例1

区别在于：1、步骤(1)中准确称重水刺黏胶纤维非织造布1.60毫克；

2、步骤(2)中发生反应的温度条件为40℃，混合溶液中各组分的重量百分比为：水刺黏胶纤维非织造布为1.6wt％、2-BIB为0.30wt％、TEA为0.10wt％和THF为98.00wt％。

3、步骤(3)准确称取催化剂CuCl固体0.50毫克，混合溶液中各组分的重量百分比为：CuCl为0.50wt％、HMTETA为1.60wt％、DMF为97.90wt％。

4、步骤(4)中HEMA的质量为30毫克，反应时间为6个小时。

重金属离子吸附性能测试

配置浓度为1000毫克/升的氯化高铁溶液，取四个洁净摇瓶，分别加入上述配制的氯化铁溶液，将实施例1～3中的水刺黏胶纤维非织造布与未改性的水刺黏胶纤维非织造布分别准确称重后放入摇瓶中，在25℃下摇床振荡24个小时，转速120转/分钟，再用去离子水充分洗涤3次。利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定离子吸附量，测试结果如下表所示。

由表可知，本发明制备方法得到的水刺黏胶纤维非织造布对重金属离子吸附性能平均提升率为129.0％，明显优于未改性的黏胶纤维非织造布。

上面结合具体实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准确称重水刺黏胶纤维非织造布，置于四氢呋喃中搅动20-25分钟取出，待用；

(2)在一定温度条件下，将步骤(1)中处理待用的水刺黏胶纤维非织造布，放置在由四氢呋喃、2-溴异丁酰溴和三乙胺混合溶液中，搅拌反应3-3.5小时，然后分别用四氢呋喃和去离子水充分洗涤，并在四氢呋喃溶剂中保存，制得自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布；

(3)准确称取催化剂CuCl固体，将CuCl固体加入到除氧后的N，N-二甲基甲酰胺、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺混合溶液中，磁力搅拌2个小时；

(4)将步骤(2)中制得的自由基引发的水刺黏胶纤维非织造布与甲基丙烯酸羟乙酯，放置步骤(3)制得的混合液体中，在常温下进行反应，反应结束后，取出经改性的水刺黏胶纤维非织造布，用无水乙醇多次清洗，干燥后得到吸附重金属离子水刺黏胶纤维非织造布。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水刺黏胶纤维非织造布的质量为0.8～1.6毫克，与四氢呋喃的料液比为0.8～1.6：100。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中一定温度条件是30～40℃，所述搅拌反应为水浴状态下，转速为80转/分钟。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)混合溶液中各组分的重量百分比分别为：所述水刺黏胶纤维非织造布为0.80～1.6wt％、2-溴异丁酰溴为0.20～0.30wt％、三乙胺质为0.10wt％和四氢呋喃为98.90～98.00wt％。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)混合溶液中各组分的重量百分比分别为：所述CuCl为0.30～0.50wt％、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺为1.60wt％、N,N-二甲基甲酰胺为98.10～97.90wt％。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中甲基丙烯酸羟乙酯的质量为20-30毫克。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中反应时间为2～6小时。