CN109853066A - 活性炭与再生纤维素复合材料及其之制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭与再生纤维素复合材料及其制备方法，属于纺织技术领域。该活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法包括以下步骤：将包含经过预处理的活性炭悬浊液与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液；令包含活性炭与再生纤维素的混合液成型后，制得活性炭与再生纤维素复合材料。该活性炭与再生纤维素复合材料经由该活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法制备而成，在活性炭与再生纤维素复合材料中，活性炭的质量百分含量的取值范围为1％～30％。其既能够有效地降低活性炭的自团聚效应，又能够保证其在应用过程中良好的吸附特性，复合后的材料还兼具再生纤维素纤维可降解、手感柔软以及有光泽的特点。

Description

活性炭与再生纤维素复合材料及其之制备方法

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，特别是涉及一种活性炭与再生纤维素复合材料及其制备方法。

背景技术

活性炭是一种外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、吸附能力极强、极易团聚的一种疏水性材料。作为一种高效活性吸附材料可消除异味，净化水质、食品脱色、净化空气，被广泛应用在环境保护、医药、军工等领域。再生纤维素材料是天然纤维素经过一系列复杂的化学或物理变化制成再生纤维素材料，其主要物质为纤维素。再生纤维素纤维不但保持了纤维素可降解的特性，同时具有优异的染色性能、蚕丝般的光泽。用其制成的纺织品服用舒适，具有柔软透气、吸湿排汗、悬垂性好特点。其用途遍及工业、农业、生活衣着等方面。

但是，在进行活性炭与再生纤维素纤维复合材料的制备时，受到活性炭自身易团聚特性、自身疏水性特性、纤维素溶液黏度和纤维素溶液制备方法以及纤维素溶剂回收的影响，使活性炭的使用受到一定限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种活性炭与再生纤维素复合材料及其制备方法，其既能够有效地降低活性炭的自团聚效应，又能够保证其在应用过程中良好的吸附特性，复合后的材料还兼具再生纤维素纤维可降解、手感柔软以及有光泽的特点。从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法的技术方案如下：

本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法包括以下步骤：

将包含经过预处理的活性炭悬浊液与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液；

令所述包含活性炭与再生纤维素的混合液成型后，制得所述活性炭与再生纤维素复合材料。

本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述经过处理的活性炭的制备方法包括以下步骤：

将活性炭加入到预处理剂中，得到活性炭与预处理剂的混合液；

对所述活性炭与预处理剂的混合液进行洗涤，得到经过预处理的活性炭。

作为优选，所述预处理剂选自O₃、NaClO、KMnO₄、H₂O₂、过硫酸铵、重铬酸钾中的一种。

作为优选，所述再生纤维素是再生纤维素干浆粕。

作为优选，令所述活性炭与再生纤维素的混合液成型的过程中，所述成型技术选自喷湿纺丝技术、湿法纺丝技术、熔喷技术中的一种。

作为优选，所述经过预处理的活性炭为含水活性炭。

作为优选，所述包含经过预处理的活性炭悬浊液的制备方法具体包括以下步骤：

将经过预处理的活性炭与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液混合，制得包含经过预处理的活性炭、N-甲基吗啉-N-氧化物和水的混合悬浊液为包含经过预处理的活性炭。

作为优选，

所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分含量的取值范围为50％～75％；

所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液温度的取值范围为75℃～90℃。

作为优选，所述将包含经过预处理的活性炭与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液具体包括以下步骤：

将经过预处理的活性炭悬浊液加入到粘胶纺丝溶液中，经过混合分散，得到包含经过预处理的活性炭与再生纤维素的混合液。

作为优选，将包含经过预处理的活性炭与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液具体包括以下步骤：

将包含经过预处理的活性炭悬浊液与再生纤维素混合，利用可溶性纤维纺丝液制备方法制得包含活性炭与再生纤维素的混合液。

作为优选，在所述包含活性炭与再生纤维素的混合液中，N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分含量的取值范围为68％～74％。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料的技术方案如下：

本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料经由本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法制备而成，在所述活性炭与再生纤维素复合材料中，所述活性炭的质量百分含量的取值范围为1％～30％。

经由本发明提供的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法制得的活性炭与再生纤维素复合材料可以有效降低活性炭自团聚效应，改善其分散性，同时保证其良好的吸附特性；活性炭预处理过程简单、高效，环保；解决活性炭粉末投加时飞散，不易计量的问题；在可溶性纤维制备工艺中减少了原料浆粕预处理工艺，缩短了工艺流程；制得的活性炭与再生纤维素复合材料中，活性炭的质量百分含量的取值范围为1％～30％，既具有活性炭优越的吸附性能，又具备纤维素可降解、手感柔软、有光泽的特点。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明实施例提供的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种活性炭与再生纤维素复合材料及其制备方法，其既能够有效地降低活性炭的自团聚效应，又能够保证其在应用过程中良好的吸附特性，复合后的材料还兼具再生纤维素纤维可降解、手感柔软以及有光泽的特点。从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的活性炭与再生纤维素符合材料及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

实施例1

一种活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)活性炭的预处理方法，将活性炭加入到H₂O₂中，回流反应4小时，然后用去离子水洗涤然后甩干，得到含水率质量百分含量20％的经过预处理的活性炭；

(2)将步骤(1)制得的经过预处理的活性炭与质量百分含量74％的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液在80℃条件下，搅拌分散，制成包含活性炭、NMMO和水三种物质组成的混合悬浊液；

(3)将步骤(2)制得的混合悬浊液与纤维素浆粕在85℃条件下混合，制成纤维素混合液；

(4)步骤(3)制得的纤维素混合液逐渐升温至108℃，在升温过程中经过蒸发脱水制得活性炭与再生纤维素溶液。

(5)将步骤(4)制得的活性炭与再生纤维素溶液经过过滤，利用干喷湿纺的成型方法制备出包含活性炭和水溶性(Lyocell)复合纤维。

实施例2

一种活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)活性炭的预处理方法，将未处理的活性炭加入到H₂O₂中，回流反应3小时，然后甩干，得到含水率质量百分含量5％的活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与粘胶纺丝液混合，搅拌混合2小时，制得活性炭与粘胶混合纺丝液，经过过滤，脱泡，过滤，最后利用湿法纺丝成型技术制得含有活性炭的粘胶纤维。

实施例3

一种活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)活性炭的预处理方法，将未处理的活性炭加入到H₂O₂中，回流反应2小时，然后用去离子水洗涤然后甩干，得到含水率质量百分含量10％的活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与质量百分含量73％的NMMO水溶液在80℃条件下，搅拌分散，制成包含活性炭、NMMO和水三种物质组成的混合物悬浊液；

(3)将步骤(2)制得的混合悬浊液与纤维素浆粕在90℃条件下混合，制成纤维素混合液；

(4)步骤(3)制得的纤维素混合液逐渐升温至105℃，在升温过程中经过蒸发脱水制得活性炭与再生纤维素溶液；

(5)将步骤(4)制得的活性炭与再生纤维素溶液经过过滤，最后利用溶喷成型的方法制备出包含活性炭和再生纤维素的无纺布。

实施例4

一种活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)活性炭的预处理方法，将活性炭加入到0.01mol/L的KMnO₄水溶液中，振荡反应2小时，然后用去离子水洗涤，然后甩干得到含水率质量百分含量25％的活性炭；

(2)将步骤(1)制得的活性炭与质量百分含量75％的NMMO水溶液在85℃条件下，搅拌分散，制成包含活性炭、NMMO和水三种物质组成的混合悬浊液；

(3)将步骤(2)制得的混合悬浊液与纤维素浆粕在95℃条件下混合，制成纤维素混合液；

(4)步骤(3)制得的纤维素混合液逐渐升温至105℃，在升温过程中经过蒸发脱水制得活性炭与再生纤维素溶液。

(5)将步骤(4)制得的包含活性炭与再生纤维素溶液经过过滤，利用干喷湿纺的成型方法制备出包含活性炭和Lyocell复合纤维。

对比例1

常规制备活性炭与粘胶纤维的方法，步骤如下：

(1)将活性炭和聚氧乙烯醚(分散剂)按照质量份数1∶0.07的比例在纳米陶瓷球磨机中进行研磨，研磨4小时，得到粒径小于200nm的活性炭粉末。

(2)将上述步骤(1)制得的活性炭粉末在分散乳化机内进行按照质量份数1∶3比例的水进行混合，混合1小时，制得活性炭悬浊液。

(3)将上述步骤(2)制得的活性炭悬浊液经过计量后，注入到粘胶纺丝液中，经过混合、过滤、脱泡，最后利用湿法纺丝技术制得活性炭与粘胶纤维复合材料。

对比例2

(1)将粒径为60nm的竹炭和竹炭重量的1％的分散剂二烷氧基硅烷季铵盐，加入到去离子水中，竹炭质量百分含量为15％，制成竹炭混合液；

(2)将上述步骤(1)混合液用磨球机研磨，研磨2小时，制成竹炭浆料；

将上述步骤(2)中的竹炭浆料与质量百分含量85％NMMO溶液混合，制得由竹炭、NMMO和水组成的混合溶剂；

(3)纤维素浆粕的活化，将纤维素浆粕加入到去离子水中，质量百分含量为4％，加入纤维素酶，并加入甲酸调节pH值为5左右，在60℃下保温40min，并持续搅拌20min，然后加入NaOH调节pH值至11左右，使纤维素酶失活，最后把纤维素浆粕压榨、粉碎，制得含水质量百分含量50％左右活化纤维素浆粕；

(4)将上述步骤(3)、(4)中制得的两种原按照质量份数10∶1的比例混合，经过蒸发脱水制得含有活性炭的纤维素溶液；

(5)将上述步骤(5)制得的纤维素溶液经过过滤，利用干喷湿纺的纺丝技术制得包含竹炭和Lyocell的纤维。

将实施例1-3与对比例1-2进行对比，结果如表1和表2所示：

表1纤维素溶液质量对比

表2纤维素溶液制备的纤维素纤维性能对比

其中，吸附率是指纤维对罗丹明B溶液的吸附效果。

另附：活性炭预处理前后部分性能对比，如表3所示：

表3活性炭预处理与未处理的表面积、孔径和含氧官能团

活性炭	羟基mmol/g	酸性基团mmol/g	比表面积m<sup>2</sup>/g
				未处理	0.101	0.178	894.02
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>处理	0.332	0.431	862.17

从表1中可看出，实施例1-4中制备包含活性炭与再生纤维素复合材料时预处理剂不会对纤维溶液产生影响，并且活性炭的分散性较好，其制备工艺比较简单且预处理剂绿色环保。

从表2中可看出制备出的包含活性炭与再生纤维素纤维的力学性能与普通的再生纤维素纤维相差不大，但在吸附性能方面有较大提高。

从表3中可以看出经过H₂O₂预处理的活性炭发生了变化，虽然比表面积有所减小，但是炭表面的含氧亲水基团含量即羟基和酸性基团的含量得到了提高，增加了活性炭的极性，能够改善活性炭的分散性。既可以保证活性炭比表面积又可以获得较好的分散效果。

本发明实施例首先利用O₃、NaClO、KMnO₄、H₂O₂、过硫酸铵、重铬酸钾等预处理剂，优选H₂O₂对活性炭进行表面处理。H₂O₂是腐蚀性较小的一种绿色环保氧化剂。其处理活性炭时不会产生有毒气体，其氧化性相对硫酸、硝酸等强氧化剂较弱，对活性炭作用比较温和，不会大幅降低活性炭的比表面积，不降低处理后活性炭的吸附性能，并且利用H₂O₂处理活性炭不会残留其他离子，因此，预处理剂不会引入到纤维素溶液中，不会污染NMMO溶剂和影响NMMO溶剂的回收。

另外，本发明实施例预处理得到的活性炭为含水的活性炭，处理过程无需烘干，缩短了活性炭的预处理过程。同时，含水活性炭在加入时不会飞散，有利于活性炭的计量和投加。

其次，本发明所用的低浓度NMMO溶剂，相比高浓度的NMMO水溶液具有更高的稳定性和安全性，更易存储，同时有利于NMMO溶剂浸润浆粕。

再次，本发明所用的纤维素浆粕为采购的干浆粕，不需要对浆粕进行预处理。干浆粕与低浓度NMMO水溶液直接混合，达到了边浸润混合，边活化的效果。

总之，本发明提供的一种包含活性炭与再生纤维素复合材料及其制备方法可以有效降低活性炭自团聚效应，改善其分散性，保证其具有良好的吸附特性；同时，解决了活性炭粉末投加时飞散，不易计量的问题；提高了生产过程的安全性，缩短了工艺流程，降低了生产成本，对于工业化推广有积极的作用。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将包含经过预处理的活性炭悬浊液与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液；

令所述包含活性炭与再生纤维素的混合液成型后，制得所述活性炭与再生纤维素复合材料。

2.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述经过处理的活性炭的制备方法包括以下步骤：

将活性炭加入到预处理剂中，得到活性炭与预处理剂的混合液；

对所述活性炭与预处理剂的混合液进行洗涤，得到经过预处理的活性炭。

3.根据权利要求2所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述预处理剂选自O₃、NaClO、KMnO₄、H₂O₂、过硫酸铵、重铬酸钾中的一种。

4.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述再生纤维素是再生纤维素干浆粕。

5.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，令所述活性炭与再生纤维素的混合液成型的过程中，所述成型技术选自喷湿纺丝技术、湿法纺丝技术、熔喷技术中的一种。

6.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述经过预处理的活性炭为含水活性炭。

7.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述包含经过预处理的活性炭悬浊液的制备方法具体包括以下步骤：

将经过预处理的活性炭与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液混合，制得包含经过预处理的活性炭、N-甲基吗啉-N-氧化物和水的混合悬浊液为包含经过预处理的活性炭。

8.根据权利要求7所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，

所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分含量的取值范围为50％～75％；

所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液温度的取值范围为75℃～90℃。

9.根据权利要求1所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法，其特征在于，所述将包含经过预处理的活性炭与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液具体包括以下步骤：

将经过预处理的活性炭悬浊液加入到粘胶纺丝溶液中，经过混合分散，得到包含经过预处理的活性炭与再生纤维素的混合液；

作为优选，将包含经过预处理的活性炭与再生纤维素混合，制得包含活性炭与再生纤维素的混合液具体包括以下步骤：

将包含经过预处理的活性炭悬浊液与再生纤维素混合，利用可溶性纤维纺丝液制备方法制得包含活性炭与再生纤维素的混合液；

作为优选，在所述包含活性炭与再生纤维素的混合液中，N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分含量的取值范围为68％～74％。

10.一种活性炭与再生纤维素复合材料，其特征在于，所述活性炭与再生纤维素复合材料经由权利要求1～9中任一所述的活性炭与再生纤维素复合材料的制备方法制备而成，在所述活性炭与再生纤维素复合材料中，所述活性炭的质量百分含量的取值范围为1％～30％。