CN111254706B - 一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法，包括以下步骤：A、纤维材料预处理：将纤维材料进行除杂预处理；B、纤维上原位生长胺化改性的沸石咪唑酯骨架材料(ZIF‑8)：采用原位生长法将胺化改性的ZIF‑8负载到预处理的纤维上，水洗，烘干，制得一种功能纤维材料。本发明将经过乙二胺改性的ZIF‑8原位负载在纤维上，制备功能纤维材料，利用ZIF‑8对染料的吸附性能和光催化性能，在可见光照射下能有效吸附、降解有机染料，可用于印染中水回用水或废水中染料的脱色。该发明制备工艺简单，对染液脱色效果好，且可重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及功能纤维材料技术领域，具体为一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法。
背景技术
当今世界，全球经济的快速发展和工业规模的扩大，带来了能源短缺和环境污染等问题，威胁着人类的生命安全。太阳能资源丰富、易获取、清洁，利用太阳能对解决这些危机具有重要意义。光催化技术作为一种新型的绿色环保技术，通过消耗太阳能将废水中的有机污染物转化为无害的无机物，避免了二次污染，被认为是缓解环境污染问题的一种有前途的策略。20世纪80年代以来，光催化剂的制备和应用受到了研究者的广泛关注，二氧化钛作为一种传统的光催化剂，因其丰度高、热化学稳定性好、毒性低等优点得到了广泛的研究。然而，由于可见光利用波长范围小(λ<400nm)，载流子复合速度快，载流子传输效率低，回收成本高，其实际应用也受到严重限制。因此，目前研究者正致力于开发新的光触媒，可以直接利用太阳能，高效地净化废水。
金属有机骨架(MOFs)是一种以过渡金属离子或团簇为节点，多功能有机连接体为支撑体，形成周期性网络结构的多孔纳米复合材料。MOFs以其优异的性能，如超高的内表面积、超高的孔隙率和易于调节的结构等，在各应用中引起了广泛的关注。
MOFs是金属有机骨架化合物是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。使其在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。
ZIF-8是一种典型的MOFs材料，它由Zn2+和咪唑酸盐有机配体组成，与大多数MOFs材料相比，不仅具有MOFs的优点，而且具有优异的热稳定性、水热稳定性和化学稳定性。此外，ZIF-8的规则拓扑结构、快速可控的合成也引起了光催化领域研究人员的极大关注。然而，由于ZIF-8具有较大的禁带宽度(5.1ev)和较低的电子放电能力，其对紫外光的敏感性较差，限制了其在光催化领域的实用性。胺类官能团化可以作为一种简单的方法来改善ZIF-8的光吸收特性，在ZIF-8表面接枝胺类官能团能提高ZIF-8的光催化活性和扩大对光的吸收范围。
纤维表面含有大量的活性基团，故而在一定条件下呈电负性，能与ZIF-8中带正点的位点通过静电作用结合，且普通纤维价格低廉，易于加工，这为纤维基ZIF-8功能材料的制备提供了基础条件，更重要的是解决了粉末状ZIF-8不易回收，难重复利用的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法，将其用于水相有机染料的脱色，以解决印染中水回用或废水中水溶性染料带来的色度问题，达到节约用水，降低污染物排放的目的，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
A、纤维材料预处理：将纤维材料进行除杂预处理；
B、纤维上原位生长胺化改性的ZIF-8：采用原位生长法将胺化改性的ZIF-8负载到预处理的纤维上，水洗，烘干，制得一种功能纤维材料。
优选的，所述根据步骤A将纤维材料用2g/L洗衣粉按浴比10:1在80-90℃超声处理10-15min，水洗后烘干。
优选的，所述根据步骤B
a、称取2-4g六水合硝酸锌加入到100-150mL甲醇中，超声5-10min，记为A溶液；
b、称取1-3g 2-甲基咪唑加入到100-150mL甲醇中，超声5-10min，记为B溶液；
c、将0.2-0.6mL的乙二胺滴入B溶液中，超声5-10min，记为C溶液；
d、将0.4-0.6g纤维材料浸入溶液A中，超声20-30min；
e、在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有纤维材料的溶液A中，室温下反应20-30h；
f、反应结束后将纤维材料取出，水洗，烘干。
优选的，所述纤维材料为黏胶纤维及其针织物，机织物，无纺布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所提供的技术方案将比表面积大，孔洞尺寸可调的ZIF-8经过胺化改性原位负载在纤维材料上制成一种用于水相染料脱色的功能纤维材料，该方法工艺简单，充分利用纤维的优异性能及ZIF-8对染料的吸附性能和光催化性能，使得功能纤维材料在可见光照射下能有效吸附、降解有机染料，实现水相染料的脱色；
(2)将胺化改性的ZIF-8负载在纤维上，既可以获得更高的脱色效果，又易于重复利用，有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
A、纤维材料预处理：将纤维材料进行除杂预处理；
B、纤维上原位生长胺化改性的ZIF-8：将胺化改性的ZIF-8采用原位生长法负载到预处理的纤维上，水洗，烘干，制得一种功能纤维材料。
具体的，将纤维材料用2g/L洗衣粉按浴比10:1在80-90℃超声处理10-15min，将纤维材料进行除杂预处理，水洗后烘干。
称取2-4g六水合硝酸锌加入到100-150mL甲醇中，超声5-10min，记为A溶液，称取1-3g 2-甲基咪唑加入到100-150mL甲醇中，超声5-10min，记为B溶液，将0.2-0.6mL的乙二胺滴入B溶液中，超声5-10min，记为C溶液，将0.4-0.6g黏胶纤维及其针织物，机织物，无纺布的纤维材料浸入溶液A中，超声20-30min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有纤维材料的溶液A中，室温下反应20-30h，反应结束后将纤维材料取出，水洗，烘干。
实施例1，将黏胶机织物用2g/L洗衣粉，按浴比10:1在90℃超声处理15min，水洗后烘干。
织物上原位生长胺化改性的ZIF-8，称取2.97g六水合硝酸锌加入到100mL甲醇中，超声5min，记为A溶液，称取1.64g 2-甲基咪唑加入到100mL甲醇中，超声5min，记为B溶液，将0.2mL的乙二胺滴入B溶液中，超声5min，记为C溶液；将0.4g预处理的黏胶织物浸入溶液A中，超声20min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有织物的溶液A中，室温下反应20h，反应结束后将黏胶织物取出，水洗，烘干。
为了考察所制备的功能纤维材料对染料的脱色效果，选择活性黑KN-B染料为研究对象，测定功能纤维材料对染料的脱色性能，测试条件为0.25g功能纤维材料，在1000W氙灯照射下，对50mL质量浓度为10mg/L的活性黑KN-B染料溶液在室温下进行光催化降解3h，测得染料的脱色率达到85％，比未胺化改性的织物提高了18％，说明胺化改性后的功能织物对染液有更好的脱色作用。重复使用3次后对染料的脱色率可达50％。
实施例2，将黏胶机织物用2g/L洗衣粉，按浴比10:1在90℃超声处理15min，水洗后烘干。
黏胶机织物上原位生长胺化改性的ZIF-8，称取2.97g六水合硝酸锌加入到100mL甲醇中，超声5min，记为A溶液，称取2.05g 2-甲基咪唑加入到100mL甲醇中，超声5min，记为B溶液，将0.3mL的乙二胺滴入B溶液中，超声10min，记为C溶液；将0.5g预处理的黏胶织物浸入溶液A中，超声30min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有织物的溶液A中，室温下反应25h，反应结束后将黏胶织物取出，水洗，烘干。
为了考察所制备的功能纤维材料对染料的脱色效果，选择活性黑KN-B染料为研究对象，测定功能纤维材料的染料的脱色性能，测试条件为0.25g功能纤维材料，在1000W氙灯照射下，对50mL质量浓度为10mg/L的活性黑KN-B染料溶液在室温下进行光催化降解3h，测得染料的脱色率达到88％，比未胺化改性的织物提高了21％，说明胺化改性后的功能织物对染液有更好的脱色作用。重复使用3次后对染料的脱色率可达53％。
实施例3，将黏胶粘用2g/L洗衣粉，按浴比10:1在80℃超声处理15min，水洗后烘干。
黏胶粘上原位生长胺化改性的ZIF-8，称取3.57g六水合硝酸锌加入到150mL甲醇中，超声10min，记为A溶液；称取2.95g 2-甲基咪唑加入到150mL甲醇中，超声10min，记为B溶液；将0.4mL的乙二胺滴入B溶液中，超声10min，记为C溶液；将0.6g预处理的黏胶粘浸入溶液A中，超声40min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有黏胶粘的溶液A中，室温下反应24h，反应结束后将黏胶粘取出，水洗，烘干。
为了考察所制备的功能纤维材料对染料的脱色效果，选择活性黑KN-B染料为研究对象，测定功能纤维材料的染料的脱色性能，测试条件为0.25g功能纤维材料，在1000W氙灯照射下，对50mL质量浓度为10mg/L的活性黑KN-B染料溶液在室温下进行光催化降解3h，测得染料的脱色率达到91％，比未经胺化改性的织物提高了20％，说明胺化改性后的功能材料对染液有更好的脱色作用。重复使用3次后对染料的脱色率可达60％。
实施例4，将黏胶粘用2g/L洗衣粉，按浴比10:1在85℃超声处理10min，水洗后烘干。
黏胶粘上原位生长胺化改性的ZIF-8，称取2.97g六水合硝酸锌加入到100mL甲醇中，超声5min，记为A溶液；称取2.95g 2-甲基咪唑加入到100mL甲醇中，超声5min，记为B溶液；将0.5mL的乙二胺滴入B溶液中，超声5min，记为C溶液；将0.5g预处理的黏胶粘浸入溶液A中，超声30min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有黏胶粘的溶液A中，室温下反应30h，反应结束后将黏胶粘取出，水洗，烘干。
为了考察所制备的功能纤维材料对染料的脱色效果，选择活性黑KN-B染料为研究对象，测定功能纤维材料的染料的脱色性能，测试条件为0.25g功能纤维材料，在1000W氙灯照射下，对50mL质量浓度为10mg/L的活性黑KN-B染料溶液在室温下进行光催化降解3h，测得染料的脱色率达到95％，比未经胺化改性的织物提高了24％，说明胺化改性后的功能材料对染液有更好的脱色作用。重复使用3次后对染料的脱色率可达63％。
实施例5，将黏胶针织物用2g/L洗衣粉，按浴比10:1在80℃超声处理10min，水洗后烘干。
黏胶针织物上原位生长胺化改性的ZIF-8，称取3.57g六水合硝酸锌加入到100mL甲醇中，超声10min，记为A溶液；称取2.95g 2-甲基咪唑加入到100mL甲醇中，超声10min，记为B溶液；将0.6mL的乙二胺滴入B溶液中，超声10min，记为C溶液；将0.6g预处理的黏胶针织物浸入溶液A中，超声25min，在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有黏胶针织物的溶液A中，室温下反应24h，反应结束后将黏胶针织物取出，水洗，烘干。
为了考察所制备的功能纤维材料对染料的脱色效果，选择活性黑KN-B染料为研究对象，测定功能纤维材料的染料的脱色性能，测试条件为0.25g功能纤维材料，在1000W氙灯照射下，对50mL质量浓度为10mg/L的活性黑KN-B染料溶液在室温下进行光催化降解3h，测得染料的脱色率达到90％，比未经胺化改性的织物提高了22％，说明胺化改性后的功能织物对染液有更好的脱色作用。重复使用3次后对染料的脱色率可达58％。
本发明所提供的技术方案将比表面积大，孔洞尺寸可调的ZIF-8经过胺化改性原位负载在纤维材料上制成一种用于水相染料脱色的功能纤维材料，该方法工艺简单，充分利用纤维的优异性能及ZIF-8对染料的吸附性能和光催化性能，使得纤维功能材料在可见光照射下能有效吸附、降解有机染料，实现水相染料的脱色，将胺化改性的ZIF-8负载在纤维上，既可以获得更高的脱色效果，又易于重复利用，有良好的应用前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种用于水相染料脱色的功能纤维材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、纤维材料预处理：将纤维材料进行除杂预处理；
B、纤维上原位生长胺化改性的ZIF-8：采用原位生长法将胺化改性的ZIF-8负载到预处理的纤维上，水洗，烘干，制得一种功能纤维材料；
所述根据步骤A将纤维材料用2 g/L洗衣粉按浴比10:1在80-90℃超声处理10-15 min，水洗后烘干；
所述根据步骤B
a、称取2-4 g 六水合硝酸锌加入到100-150 mL甲醇中，超声5-10 min，记为A溶液；
b、称取1-3 g 2-甲基咪唑加入到100-150 mL甲醇中，超声5-10 min，记为B溶液；
c、将0.2-0.6 mL的乙二胺滴入B溶液中，超声5-10 min，记为C溶液；
d、将0.4-0.6 g预处理的纤维材料浸入溶液A中，超声20-30 min；
e、在磁力搅拌的条件下，将溶液C缓慢滴加到浸有纤维材料的溶液A中，室温下反应20-30 h；
f、反应结束后将纤维材料取出，水洗，烘干；
所述纤维材料为黏胶纤维及其针织物，机织物，无纺布。
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