CN112626639A - 载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用，多孔纤维的制备方法包括：将熔融共混挤出的聚苯硫醚树脂、致孔剂和纳米活性炭三元共混树脂通过熔融纺丝机进行纺丝，再依次进行热拉伸和热定型；然后溶解去除纤维中的致孔剂后，得到内部具有连续贯通的孔洞结构的多孔纤维，其孔洞中以及四周负载有纳米活性炭。通过将具有连续通孔结构聚苯硫醚多孔纤维作为载体，将纳米活性炭选择性分布在纤维的大孔内部，使活性炭得到有效固定，同时解决了活性炭被基体树脂包埋的问题。且该多孔纤维具有优异的吸附性能，同时耐酸、耐碱、耐有机溶剂，还具有优异的阻燃性能，可在生化防护服、消防防护服、废水处理、有毒气体吸附等领域广泛应用。

Description

载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体而言，涉及一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭是含有大量微孔(孔径＜2nm)的多孔碳吸附剂，有基于石墨微晶和少量灰分的无定形结构碳组成。活性炭的比表面积可达500～3000m2/g，具有高度发达的孔隙结构，具有很强的吸附性能，能有效吸附液体中的重金属成分、各种矿物质和盐类、有机物、氯化物等，并能够吸附气体中的醛类、一氧化碳那、硫化氢、氨、苯等有毒成分。活性炭还具有良好的物理性能和化学稳定性，耐酸碱腐蚀、耐热、不溶于水和有机溶剂，而且活性炭原料充足、可循环再生。因此，在环保、制造业、医药、防护等领域具有广泛的应用。但活性炭常以粉末或颗粒形式存在，在使用时不能自支撑、容易沉降散失、难以固定，因此容易造成二次污染。作为颗粒活性炭和粉末活性炭之后的第三代活性炭产品，活性炭纤维虽然在一定程度上弥补了上述缺点，但其制造工艺复杂、制造成本高，且力学性能较差，难于推广应用。
将纳米活性炭负载固定在聚合物载体是解决上述问题的可行的方法。如中国专利CN106861358公开了含活性炭腈氯纶吸附纤维去除室内甲醛方法，将活性炭粉末混入丙烯腈-偏氯乙烯原液中，通过纺丝的方法将其固定于腈氯纶纤维载体上，解决了活性炭不易固定成型的难题。
因此，现有技术的方法克服了纳米活性炭不能自支撑、容易沉降流失、难以固定成型的缺点，扩大了活性炭的使用范围。但是这种方法制备的载炭纤维，绝大部分活性炭被基体材料包埋，极大削弱了活性炭的吸附作用。并且普遍存在耐有机溶剂差、酸碱腐蚀性差等缺点，限制了载活性炭纤维在吸附有机毒性气体、酸碱废液处理等领域的应用。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用，以改善现有载活性炭纤维中大部分活性炭被基体包埋，吸附效果较差的问题；同时改善现有载活性炭纤维力学性能差、耐有机溶剂差、耐酸碱腐蚀性差等问题。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供了一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其包括聚苯硫醚载体，所述聚苯硫醚载体具有贯通的多孔结构，所述多孔结构的孔内部以及四周负载有纳米活性炭。
第二方面，本发明还提供了一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法，其包括：将熔融共混挤出的三元共混树脂通过熔融纺丝机进行纺丝，以获得三元共混初生纤维，其中，三元共混树脂是由聚苯硫醚树脂、致孔剂和纳米活性炭熔融共混挤出；将所述三元共混初生纤维依次进行热拉伸和热定型，得到三元共混纤维；溶解去除所述三元共混纤维中的致孔剂后，得到所述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维。
本发明还提供了上述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维在废气、废水处理或制备防护服上的应用。
本发明的技术方案具有以下有益效果：通过将具有连续通孔结构聚苯硫醚多孔纤维作为载体，巧妙地将纳米活性炭选择性分布在纤维的大孔内部，使得活性炭粉末得到有效固定，同时解决了活性炭被基体树脂包埋的问题。并且该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维具有优异的吸附性能，同时耐酸、耐碱、耐有机溶剂，还具有优异的阻燃性能，可在生化防护服、消防防护服、废水处理、有毒气体吸附等领域广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1的载5％活性炭聚苯硫醚多孔纤维横截面的SEM照片(左：1000倍，右20000倍)；
图2为本发明实施例2的载10％活性炭聚苯硫醚多孔纤维横截面的SEM照片(左：1000倍，右20000倍)；
图3为本发明实施例3的载15％活性炭聚苯硫醚多孔纤维横截面的SEM照片(左：1000倍，右20000倍)；
图4为本发明实施例4的载20％活性炭聚苯硫醚多孔纤维横截面的SEM照片(左：1000倍，右20000倍)；
图5为本发明对比例1的聚苯硫醚多孔纤维横截面的SEM照片(左：1000倍，右20000倍)；
图6为本发明对比例2的聚苯硫醚/活性炭共混纤维横截面的SEM照片(20000倍)；
图7为本发明实施例和对比例进行静态吸附实验的装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明提供的一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维及其制备方法和应用进行具体说明。
发明人发现现有技术中通过将纳米活性炭负载固定在聚合物载体来解决活性炭常以粉末或颗粒形式存在，在使用时不能自支撑、容易沉降散失、难以固定，容易造成二次污染的技术问题，但是这种方法制备的载炭纤维，绝大部分活性炭被基体材料包埋，极大削弱了活性炭的吸附作用；另外目前活性炭的载体主要为粘胶纤维、氯纶、腈氯纶等湿法纺丝制备的纤维，普遍存在耐有机溶剂差、酸碱腐蚀性差等缺点，限制了载活性炭纤维在吸附有机毒性气体、酸碱废液处理等领域的应用。因此，提出了以下技术方案。
本发明的一些实施方式提供了一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其包括聚苯硫醚载体，所述聚苯硫醚载体具有贯通的多孔结构，所述多孔结构的孔内部以及四周负载有纳米活性炭。
该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维针创造性地选用了高性能的聚苯硫醚树脂作为纤维基体材料，以解决载活性炭纤维在阻燃、耐有机溶剂、耐酸碱腐蚀等方面的使用要求。而针对活性炭被包埋而导致其吸附性能下降的问题，发明人通过大量实践和研究提出了在基体结构中形成连续贯通的多孔结构，使得活性炭选择性地分布于多孔纤维的通孔结构中，避免其被基体树脂包埋而导致吸附性能下降的问题，进而解决了当前载活性炭纤维的不足，并且兼顾防护性、活性炭牢度和穿着舒适性。
进一步地，为了使得该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维能够具有较佳的穿着舒适性以及较佳的吸附性能，一些实施方式中，纳米活性炭在所述聚苯硫醚载体上的负载量为5～40％。例如，纳米活性炭的负载量可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％等。
一些实施方式中，该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的静态吸附量为甲醇7～18mg/g、苯8～21mg/g、正己烷9～25.5mg/g。
本发明的一些实施方式还提供了一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法，其包括：
将熔融共混挤出的三元共混树脂通过熔融纺丝机进行纺丝，以获得三元共混初生纤维，其中，所述三元共混树脂是由聚苯硫醚树脂、致孔剂和纳米活性炭熔融共混挤出；将所述三元共混初生纤维依次进行热拉伸和热定型，得到三元共混纤维；溶解去除所述三元共混纤维中的致孔剂后，得到所述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维。
发明人为了解决活性炭在基体结构中进行负载被包埋而导致吸附性能以及本身的材料性能较差的问题，经过大量实践和研究，创造性地提出了将聚苯硫醚树脂、致孔剂和纳米活性炭以及熔融挤出，并进一步热拉伸定型后，再溶解去除致孔剂的形式，使得形成具有连续贯穿的孔洞结构的聚苯硫醚纤维，并且也使得纳米活性炭分布在孔洞结构的孔壁以及其周围部分，进而使得活性炭不会被大量包埋，提高了纤维材料的吸附性能。
具体地，本发明的实施方式提供的载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法具体包括以下步骤：
S1、将聚苯硫醚树脂、致孔剂、纳米活性炭混合均匀后干燥，再使用双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出丝条经冷却、切粒后，得到聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混树脂备用。
一些实施方式中，上述干燥过程为常压干燥或真空干燥，优选真空干燥，为了达到较佳的干燥效果，选择干燥温度为100～180℃，例如，干燥温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等，较佳的实施方式中，干燥温度可选为120～160℃，进一步可优选为130～150℃，更进一步可优选为140℃。为了达到充分干燥的效果，干燥时间可为1～10小时，优选为2～8小时，进一步优选为4～6小时，更进一步优选为5小时。
为了达到较佳的挤出效果，双螺杆挤出机的模头温度为285～340℃，例如可以选择为285℃、287℃、289℃、290℃、292℃、293℃、295℃、297℃、300℃、303℃、305℃、308℃、310℃、313℃、315℃、317℃、318℃、320℃、323℃、325℃、330℃、333℃、335℃、337℃、338℃或340℃等，较佳的实施方式中，可选择为290～330℃，进一步可优选为295～320℃，更进一步可优选为300～310℃。
三种组分的量会影响最终多孔纤维的孔隙结构大小，以及其负载的纳米活性炭的比例以及其分布性能等，因此，合适的比例有利于提高产品的性能，例如，纳米活性炭越多，容易导致活性炭颗粒的分布不均，孔隙结构堵塞，可纺性变差甚至无法连续纺丝等，活性炭过少则会导致吸附性能较差。因此，一些实施方式中，聚苯硫醚和纳米活性炭的质量比为60～95：5～40，例如，聚苯硫醚和纳米活性炭的质量比为60：40、65：35、70：30、75：25、80：20、85：15或90：10等；较佳的实施方式中，可优选为70～90：10～30，更优选为80～85：15～20。
致孔剂的含量决定了孔洞结构的大小和连续性，因此，一些实施方式，聚苯硫醚树脂和纳米活性炭总质量与致孔剂的质量比为30～90：10～70，优选40～80：20～60，进一步优选50～70：30～50，更进一步优选60：40。
进一步地，一些实施方式中，致孔剂可为大分子致孔剂，更优选地，大分子致孔剂包括聚醚砜、聚苯硫醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰胺66、聚酰胺6、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种，即可以为六种物质中的任意一种，也可以为其中两种或者两种以上的任意比例的混合物，进一步优选大分子致孔剂为聚醚砜。
S2、聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混树脂在熔融纺丝机上纺丝，然后经冷却固化后成型，经卷绕后得到聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混初生纤维备用。
具体地，熔融纺丝机选自单螺杆熔融纺丝机、双螺杆熔融纺丝机和柱塞式熔融纺丝机中的任意一种。
通过熔融纺丝机纺丝的温度为290～340℃，例如可以为290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、320℃、325℃或330℃等，可优选为300～330℃，进一步可优选为320℃。
一些实施方式中，熔融纺丝机包括喷丝板，喷丝板的孔数为1～72孔，喷丝孔径为0.2～2.0mm。其中孔数和孔径大小可以根据所需的纤维线密度来进行选择。
其中，冷却固化成型为侧吹风冷却、水浴冷却中的一种。卷绕机卷绕速度为50～500m/min，优选为100～400m/min，进一步优选为200～300m/min。
S3、将聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混初生纤维进行热拉伸、热定型后得到聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混纤维。
具体地，热拉伸所用的热拉伸介质为热空气、热油、热蒸汽或热辊；热拉伸温度为80～180℃，例如拉伸温度为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃，拉伸温度可优选为90～160℃。
一些实施方式中，热定型为紧张热定型或松弛热定型，定型温度为160～220℃，例如，定型温度可为160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃或220℃等，优选为180～200℃；定型时间为1～10min，优选为2～5min。
S4、将聚苯硫醚/致孔剂/活性炭三元共混纤维在萃取液中萃取，再经过清洗、干燥，得到载活性炭聚苯硫醚多孔纤维。
具体地，萃取液为能够溶解所述致孔剂的溶剂，进一步优选地，萃取液包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸和乙醇胺中的至少一种；例如，萃取液可以为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸或乙醇胺，也可以为以上物质中的两种或两种以上的混合物。
为了充分去除致孔剂，进而获得连续贯通的孔洞结构，一些实施方式中，萃取温度为20～100℃，例如可为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，更优选为40～80℃，进一步优选为60℃。
步骤S4中的清洗步骤包括用溶剂浸泡，溶剂为聚苯硫醚的非溶剂，优选为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮中任一种或多种，优选为乙醇。清洗步骤还包括用去离子水清洗2～3次。步骤S4中的干燥步骤条件为室温下自然风干、低温加热烘干和真空干燥中的一种。
本发明的一些实施方式还提供了上述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维在制备防护服上的应用。防护服可以为生化防护服或消防防护服。采用上述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维来作为防护服的纺织材料，可以改善目前透气式防护服吸附层材料的缺点与不足，制备了具有连续孔隙结构的负载活性炭的PPS多孔纤维材料且活性炭分布在纤维的孔隙内，有效解决了传统载炭纤维的活性炭包埋问题，为透气型生化防护材料的轻量化开拓了新思路。
本发明的一些实施方式还提供了上述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维在废气、废水处理等环保领域的应用，该多孔纤维较佳的吸附性能能够很好地对废水和废气中的污染物进行吸附，进而达到净化气体和污水的作用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的载5wt％活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与纳米活性炭按质量比为95：5进行混合，再将其与聚醚砜按质量比60：40进行均匀混合后，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为300℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为320℃，所采用的喷丝孔孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维，卷绕速度为200m/min。
将聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混纤维。
再将所得纤维放入60℃的N,N-二甲基乙酰胺中萃取8小时，然后放入无水乙醇中浸泡30min，再用去离子水洗涤3次，得到载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其中活性炭的质量分数为5wt％。
将该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图1所示，从图1可以看出，萃取后聚苯硫醚纤维形成了贯通的多孔结构，孔内部及其周围中分布有活性炭颗粒物。
实施例2
本实施例提供的载10wt％活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与纳米活性炭按质量比为90：10进行混合，再将其与聚醚砜按质量比60：40进行均匀混合后，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为300℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为320℃，所采用的喷丝孔孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维，卷绕速度为200m/min。
将聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混纤维。
再将所得纤维放入60℃的N,N-二甲基乙酰胺中萃取8小时，然后放入无水乙醇中浸泡30min，再用去离子水洗涤3次，得到载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其中活性炭的质量分数为10wt％。
将该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，萃取后聚苯硫醚纤维形成了贯通的多孔结构，孔内部及其周围中分布有大量活性炭颗粒物。
实施例3
本实施例提供的载15wt％活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与纳米活性炭按质量比为85：15进行混合，再将其与聚醚砜按质量比60：40进行均匀混合后，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为300℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为320℃，所采用的喷丝孔孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维，卷绕速度为200m/min。
将聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混纤维。
再将所得纤维放入60℃的N,N-二甲基乙酰胺中萃取8小时，然后放入无水乙醇中浸泡30min，再用去离子水洗涤3次，得到载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其中活性炭的质量分数为15wt％。
将该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图3所示，从图3可以看出，萃取后聚苯硫醚纤维形成了贯通的多孔结构，孔内部及其周围中分布有大量活性炭颗粒物。
实施例4
本实施例提供的载20wt％活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与纳米活性炭按质量比为80:20进行混合，再将其与聚醚砜按质量比60：40进行均匀混合后，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为300℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为320℃，所采用的喷丝孔孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维，卷绕速度为200m/min。
将聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/聚醚砜/活性炭三元共混纤维。
再将所得纤维放入60℃的N,N-二甲基乙酰胺中萃取8小时，然后放入无水乙醇中浸泡30min，再用去离子水洗涤3次，得到载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其中活性炭的质量分数为20wt％。
将该载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图4所示，从图4可以看出，萃取后聚苯硫醚纤维形成了贯通的多孔结构，孔内部及其周围中分布大量有活性炭颗粒物。
对比例1
本对比例提供的聚苯硫醚多孔纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与聚醚砜按质量比60:40进行均匀混合后，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为300℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为320℃，所采用的喷丝孔孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/聚醚砜二元共混初生纤维，卷绕速度为200m/min。
将聚苯硫醚/聚醚砜二元共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/聚醚砜二元共混纤维。
再将所得纤维放入60℃的N,N-二甲基乙酰胺中萃取8小时，然后放入无水乙醇中浸泡30min，再用去离子水洗涤3次，得到聚苯硫醚多孔纤维。
将该聚苯硫醚多孔纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图5所示，从图5可以看出，萃取后聚苯硫醚纤维形成了贯通的多孔结构，孔内部及其周围无活性炭分布。
对比例2
本对比例提供的载20wt％活性炭聚苯硫醚纤维的制备方法为：
将聚苯硫醚树脂与纳米活性炭按质量比为80:20进行混合，放入温度为140℃的真空烘箱中干燥5小时。干燥完成后，将其送入模头温度为290℃的双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出丝条经切粒后得到纺丝原料。
将所得纺丝原料送入单螺杆熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度为315℃，所采用的喷丝孔的孔数为18孔，喷丝孔孔径0.4mm；喷出熔体细流经侧吹风冷却固化后卷绕得到聚苯硫醚/纳米活性炭共混初生纤维，卷绕速度为400m/min。
将聚苯硫醚/纳米活性炭共混初生纤维在105℃的热空气浴中拉伸2倍，再在180℃下进行紧张热定型2min，得到聚苯硫醚/纳米活性炭二元共混纤维。
将该聚苯硫醚/纳米活性炭共混纤维的纤维横截面通过扫描电镜观察，其扫描电镜照片如图6所示，从图6可以看出，纤维内部结构致密无孔洞，活性炭被完全包埋在聚苯硫醚树脂基体中。
将实施例1-4和对比例1-2制备得到的多孔纤维进行静态吸附实验，静态吸附结果如表1所示。
静态吸附的装置如图7所示，具体操作为：将PPS多孔纤维样品置于90℃真空烘箱中脱气3h，除去样品表面吸附的杂质与水分。量取甲醇、苯、正己烷各100ml，分别置于250ml烧杯中，在将烧杯置于干燥器中。称取各样品3g左右，准确记录其质量m0。纤维样品做好标记后，直接放在干燥器的隔板上。室温(25℃)下进行静态吸附，分别在0.5、1、2、4、6、8、12、18、24h进行称重测量，当称重质量不在变化时，说明各个样品的吸附量已经饱和，准确记录饱和吸附后样品质量m1。采用如下公式计算单位质量的样品对于各吸附质的饱和吸附容量Q：
Figure BDA0002839927240000131
表1
Figure BDA0002839927240000132
综上所述，本发明的实施方式通过设计出具有双连续结构的多孔纤维，巧妙地使活性炭分布在孔洞内部，有效解决了现有载活性炭纤维中活性炭被基体树脂包埋的问题，显著提高了载活性炭纤维对有机气体的吸附效果。并且，以聚苯硫醚为载活性炭纤维的基体材料，显著改善了传统腈氯纶基体的耐有机溶剂的腐蚀能力，有效提升了载活性炭纤维制品在有机物毒性环境下的使用寿命。此外，以聚苯硫醚为载活性炭纤维的基体材料，具有优异的阻燃性能，且燃烧产生的烟雾毒性小，可以作为生化或消防防化服的吸附材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其特征在于，其包括聚苯硫醚载体，所述聚苯硫醚载体具有贯通的多孔结构，所述多孔结构的孔内部以及四周负载有纳米活性炭。
2.根据权利要求1所述的载活性炭聚苯硫醚多孔纤维，其特征在于，所述纳米活性炭在所述聚苯硫醚载体上的负载量为5～40％；
优选地，所述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的静态吸附量为甲醇7～18mg/g、苯8～21mg/g、正己烷9～25.5mg/g。
3.一种载活性炭聚苯硫醚多孔纤维的制备方法，其特征在于，其包括：
将熔融共混挤出的三元共混树脂通过熔融纺丝机进行纺丝，以获得三元共混初生纤维，其中，所述三元共混树脂是由聚苯硫醚树脂、致孔剂和纳米活性炭熔融共混挤出；
将所述三元共混初生纤维依次进行热拉伸和热定型，得到三元共混纤维；
溶解去除所述三元共混纤维中的致孔剂后，得到所述载活性炭聚苯硫醚多孔纤维。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯硫醚和所述纳米活性炭的质量比为60～95：5～40，优选70～90：10～30，更优选80～85：15～20；
所述聚苯硫醚树脂和所述纳米活性炭的总质量与所述致孔剂的质量比为30～90：10～70，优选40～80：20～60，进一步优选50～70：30～50，更进一步优选60：40；
优选地，所述致孔剂为大分子致孔剂，更优选地，所述大分子致孔剂包括聚醚砜、聚苯硫醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰胺66、聚酰胺6和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种，进一步优选所述大分子致孔剂为聚醚砜。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述聚苯硫醚树脂、所述致孔剂和所述纳米活性炭熔融共混挤出的步骤包括：将所述聚苯硫醚树脂、所述致孔剂和所述纳米活性炭混合均匀后干燥，再使用双螺杆挤出机进行熔融共混，挤出丝条冷却、切粒；
优选地，干燥为常压干燥或真空干燥，优选真空干燥，进一步优选地，干燥温度为100～180℃，优选120～160℃，进一步优选130～150℃，更进一步优选为140℃；干燥时间为1～10小时，优选为2～8小时，进一步优选为4～6小时，更进一步优选为5小时；
优选地，所述双螺杆挤出机的模头温度为285～340℃，优选为290～330℃，进一步优选为295～320℃，更进一步优选为300～310℃。
6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝机选自单螺杆熔融纺丝机、双螺杆熔融纺丝机和柱塞式熔融纺丝机中的任意一种。
7.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，通过所述熔融纺丝机的纺丝温度为290～340℃，优选为300～330℃，进一步优选为320℃；
优选地，所述熔融纺丝机包括喷丝板，所述喷丝板的孔数为1～72孔，喷丝孔径为0.2～2.0mm。
8.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，热拉伸所用的热拉伸介质为热空气、热油、热蒸汽或热辊；热拉伸温度为80～180℃，优选为90～160℃；
优选地，热定型为紧张热定型或松弛热定型，定型温度为160～220℃，优选为180～200℃；定型时间为1～10min，优选为2～5min。
9.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，溶解去除所述三元共混纤维中的致孔剂采用萃取液对所述三元共混纤维进行萃取；
优选地，萃取液为能够溶解所述致孔剂的溶剂，进一步优选地，所述萃取液包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸和乙醇胺中的至少一种；
优选地，萃取温度为20～100℃，更优选为40～80℃，进一步优选为60℃。
10.如权利要求1～2任一项所述的载活性炭聚苯硫醚多孔纤维或如权利要求3～9任一项所述的制备方法制备得到的载活性炭聚苯硫醚多孔纤维在废水、废气处理或制备防护服上的应用。
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