CN112958052A - 一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维及制法 - Google Patents

一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维及制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空气净化技术领域，且公开了一种高吸附性的MnO2‑氨基化聚苯乙烯复合纤维，锰元素可以催化甲醛转化为水和二氧化碳，高锰酸钾与盐酸反应生成二氧化锰晶核，晶核生长成纳米片并组装多孔二氧化锰纳米花，二氧化锰可以与硅烷偶联剂反应，生成巯基化二氧化锰，以巯基化二氧化锰的巯基和Ce4+组成氧化‑还原引发体系，在巯基邻位的碳原子上形成活性引发位点，引发苯乙烯聚合，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯，二氧化锰接枝聚苯乙烯与氯乙酰氯反应，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯，进一步与乙二胺反应，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，脂肪胺有强碱性，可以吸附空气中的二氧化碳，从而赋予了复合纤维吸附二氧化碳的性能。

Description

一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维及制法
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体为一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维及制法。
背景技术
近年来，随着经济的发展和生活水平的提高以及全球环境问题的不断加重，人们的安全意识和环境保护意识也在不断加强，然而经济迅速发展带来的二氧化碳排放量逐年增长，逐渐导致了温室效应和冰川融化等不容忽视的环境问题，单单以植物的光合作用对二氧化碳进行吸收已经不能够缓解这种压力，因此需要使用其他的方法对二氧化碳进行吸附，而目前工业上使用的二氧化碳捕集技术主要是胺溶液吸收法，然而这种方法对设备的腐蚀性强，且可再生能耗高，限制了其应用前景，因此需要研发出高效的固体吸附二氧化碳剂，来提高二氧化碳的吸附效率，另外，室内装修所产生的甲醛是一种无色有刺激性气味的气体，具有较强的毒性，长期吸入会导致甲醛中毒，甚至发生癌变，威胁人们的生命安全，常用的去除室内空气污染物的手段为空气净化器，然而传统的空气净化器功能单一，无法对室内污染物进行有效的去除，因此需要研发出多功能甲醛吸附材料具有十分重大的实际意义。
纳米二氧化锰具有丰富多样晶体结构的过渡金属氧化物，在锂离子电池、超级电容器和分子筛等领域应用广泛，而且锰原子可以在不同的化学环境中显示出不同的价态，因此纳米二氧化锰具有一定的储氧能力和氧化还原性能，因此可以将空气中的甲醛还原成水和二氧化碳，从而达到吸附和降解甲醛的效果，但是纳米二氧化锰较难回收且比表面积较小，而且锰原子是重金属，容易对环境造成不良影响，因此需要将纳米二氧化锰负载在容易回收的固体材料上，以便进行回收，而聚丙烯腈、聚苯乙烯等有机高分子聚合物是一种良性载体，而且这些有机高分子材料具有一定的空隙，可以对空气中的部分气体进行吸附，然而纳米二氧化锰容易团聚，无法在有机聚合物基体中形成稳定分散，因此需要对纳米二氧化锰进行改性，通过改善其形貌，并在其表面引入有机官能团，提高其吸附性能和分散稳定性。
聚苯乙烯是一种无色透明的热塑性塑料，具有良好的加工性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀等性能，在日常生产生活的各个领域都随处可见，但是传统的聚苯乙烯不具有吸附性能，无法对空气中的有机污染物进行吸附，逐渐跟不上时代发展的潮流，然而随着研究的深入，人们发现聚苯乙烯可以作为良好的吸附剂载体，通过在聚苯乙烯基体上负载石墨烯、二氧化锰等无机纳米材料，通过将石墨烯、二氧化锰等具有吸附性能的纳米材料负载在聚苯乙烯基体上，从而赋予聚苯乙烯吸附甲醛等气体的性能，另外，在聚苯乙烯分子链上引入巯基、氨基等有机官能团，进一步赋予聚苯乙烯吸附空气中二氧化碳的性能，从而进一步扩展聚苯乙烯的应用范围。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维及制法，解决了纳米二氧化锰吸附性和分散性较差的问题，同时解决了聚苯乙烯不具有吸附甲醛和二氧化碳性能的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，所述高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维的制法包括以下步骤：
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅中进行反应，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:2-6的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至40-60℃，加入硫酸铈铵进行聚合反应，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中进行反应，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中进行取代反应，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:4-6的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置10-15h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝参数进行静电纺丝，纺丝产物在15-35℃下静置10-15h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
优选的，所述步骤(2)中多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺的质量比为100:140-180:1-4。
优选的，所述步骤(2)中反应的温度为100-120℃，磁力搅拌进行反应2-8h。
优选的，所述步骤(3)中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:2-8:0.3-1.2。
优选的，所述步骤(3)中聚合反应的温度为40-60℃，在氮气氛围中恒温搅拌进行反应2-6h。
优选的，所述步骤(4)中二氧化锰接枝聚苯乙烯、氯化铝和氯乙酰氯的质量比为100:40-60:30-45。
优选的，所述步骤(4)中反应的温度为15-35℃，在氮气氛围中搅拌进行反应4-10h。
优选的，所述步骤(5)中二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺的质量比为100:400-500。
优选的，所述步骤(5)中取代反应的温度为70-90℃，在氮气氛围中回流进行反应5-15h。
优选的，所述步骤(6)中纺丝的参数设置为纺丝电压12-16kV、接收距离12-18cm、注射速率1-2mL/h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：
该一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，锰元素可以呈现出多种电子结构，因此大多数锰氧化物都具有一定的氧化还原能力，而二氧化锰作为常见的锰氧化物，具有较强的氧化活性，因此纳米二氧化锰可以催化甲醛，使其转化为水和二氧化碳，水热法合成多孔二氧化们纳米花过程中，高锰酸钾首先与盐酸反应，生成二氧化锰晶核，晶核逐渐生长成为二氧化锰纳米片，随着水热反应的不断进行，二氧化锰纳米片逐渐组装，最终形成多孔二氧化锰纳米花，这种多孔花状形貌大大提高了纳米二氧化猛的比表面积，有效地增加了纳米二氧化锰的吸附活性位点，促进了纳米二氧化锰对甲醛的吸附，水热法合成的多孔二氧化锰纳米花表面含有大量的羟基，可以与硅烷偶联剂(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷反应，在三乙胺的促进下，得到了巯基化多孔二氧化锰纳米花，从而实现了纳米二氧化锰的表面官能团改性。
该一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，以巯基化多孔二氧化锰纳米花中的巯基和硫酸铈铵中的Ce4+组成氧化-还原引发体系，在巯基邻位的碳原子上形成活性引发位点，引发苯乙烯单体在多孔二氧化锰纳米花表面原位聚合，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯，通过表面应发聚合的方式，将纳米二氧化锰共价接枝在聚苯乙烯中，增强了多孔二氧化锰纳米花与聚苯乙烯基体的界面结合力，提高了多孔二氧化锰纳米花在聚苯乙烯基体中的分散稳定性，避免了多孔二氧化锰纳米花发生团聚，在催化剂氯化铝的催化作用下，二氧化锰接枝聚苯乙烯与氯乙酰氯的酰氯基团发生反应，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯，其进一步与乙二胺中的氨基发生取代反应，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯中的氨基具有较强的碱性，可以对空气中的二氧化碳进行吸附并生成不挥发的碳酸盐，从而赋予了复合纤维吸附二氧化碳的性能，进一步拓宽了聚苯乙烯的应用范围。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，制备方法包括以下步骤：
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:140-180:1-4的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在100-120℃下磁力搅拌进行反应2-8h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:2-6的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至40-60℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:2-8:0.3-1.2，在氮气氛围中40-60℃恒温搅拌进行反应2-6h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，其中二氧化锰接枝聚苯乙烯、氯化铝和氯乙酰氯的质量比为100:40-60:30-45，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以15-35℃搅拌进行反应4-10h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:400-500的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70-90℃回流进行反应5-15h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:4-6的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置10-15h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为12-16kV、接收距离为12-18cm、注射速率为1-2mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在15-35℃下静置10-15h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
实施例1
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:140:4的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在100℃下磁力搅拌进行反应2h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:2的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至40℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:2:0.3，在氮气氛围中40℃恒温搅拌进行反应2h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:40:30的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以15℃搅拌进行反应4h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:400的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70℃回流进行反应5h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:4的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置10h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为12kV、接收距离为12cm、注射速率为1mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在15℃下静置10h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
实施例2
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:155:2的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在105℃下磁力搅拌进行反应4h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:3的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至45℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:4:0.6，在氮气氛围中45℃恒温搅拌进行反应3h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:47:35的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以20℃搅拌进行反应5h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:435的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以75℃回流进行反应6h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:5的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置12h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为13kV、接收距离为14cm、注射速率为1.5mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在20℃下静置12h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
实施例3
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:170:3的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在110℃下磁力搅拌进行反应4h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:4的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至50℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:6:0.9，在氮气氛围中50℃恒温搅拌进行反应5h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:54:40的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以30℃搅拌进行反应8h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:470的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以85℃回流进行反应12h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:5的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置14h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为14kV、接收距离为16cm、注射速率为1.5mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在30℃下静置14h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
实施例4
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:180:4的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在120℃下磁力搅拌进行反应8h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:6的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至60℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:8:1.2，在氮气氛围中60℃恒温搅拌进行反应6h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:60:45的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以35℃搅拌进行反应10h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:500的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以90℃回流进行反应15h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:6的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置15h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为16kV、接收距离为18cm、注射速率为2mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在35℃下静置15h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
对比例1
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:125:0.1的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在100℃下磁力搅拌进行反应1h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:1的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至40℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:0.1:0.01，在氮气氛围中40℃恒温搅拌进行反应1h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:23:25的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以15℃搅拌进行反应2h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:365的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70℃回流进行反应2h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置6h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为10kV、接收距离为10cm、注射速率为1mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在15℃下静置8h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
对比例2
(1)向三口瓶中加入去离子水溶剂、高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、质量比为100:195:5的多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅，在120℃下磁力搅拌进行反应10h，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向三口瓶中加入体积比为10:8的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂、苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至60℃，加入硫酸铈铵，其中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:10:1.5，在氮气氛围中60℃恒温搅拌进行反应8h，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三口瓶中加入三氯甲烷溶剂、质量比为100:67:50的二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以35℃搅拌进行反应12h，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向三口瓶中加入四氢呋喃溶剂、质量比为100:535的二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以90℃回流进行反应18h，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向三口瓶中加入体积比为10:8的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入、二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置16h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝电压为20kV、接收距离为20cm、注射速率为2mL/h，进行静电纺丝，纺丝产物在35℃下静置20h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
称取10g高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，放入固定床石英管反应器中，通入浓度为10mg/L的二氧化碳/洁净空气混合气体，设置流速为200mL/min，进行吸附5h，达到吸附平衡后，使用LB-9600气相色谱仪测试检测出口处的二氧化碳浓度，并计算吸附率。
Figure BDA0002981697430000131
称取0.1g高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，放入固定床石英管反应器中，通入浓度为15mg/L的甲醛/洁净空气混合气体，设置流速为500mL/min，设置温度为80℃，进行吸附4h，达到吸附平衡后，使用LB-9600气相色谱仪测试检测出口处的甲醛浓度，并计算吸附率。
Figure BDA0002981697430000132

Claims (10)

1.一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维的制法包括以下步骤：
(1)向去离子水溶剂中加入高锰酸钾和盐酸，超声分散均匀后，转移至反应釜中进行水热反应，产物冷却后用离心、去离子水和乙醇反复洗涤、干燥，得到多孔二氧化锰纳米花；
(2)向甲苯溶剂中加入多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺，超声混合均匀后，转移至油浴锅中进行反应，产物冷却后离心、用丙酮和去离子水反复洗涤、干燥，得到巯基化多孔二氧化锰纳米花；
(3)向体积比为10:2-6的N,N-二甲基甲酰胺和去离子水混合溶剂中加入苯乙烯和巯基化多孔二氧化锰纳米花，通氮气除去氧气，将体系的温度升至40-60℃，加入硫酸铈铵进行聚合反应，产物抽滤、洗涤、用索氏提取器进行纯化、干燥，得到二氧化锰接枝聚苯乙烯；
(4)向三氯甲烷溶剂中加入二氧化锰接枝聚苯乙烯，溶解完全后，加入氯化铝和氯乙酰氯，转移至水浴锅中进行反应，产物抽滤、用盐酸和去离子水反复洗涤，洗涤结束后用乙醇沉淀，最后干燥，得到二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯；
(5)向四氢呋喃溶剂中加入二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺，机械搅拌均匀后，转移至油浴锅中进行取代反应，产物冷却后用乙醇进行沉淀、抽滤、洗涤并干燥，得到二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯；
(6)向体积比为10:4-6的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中加入二氧化锰接枝氨基化聚苯乙烯，密封静置10-15h，将所得溶液倒入静电纺丝装置中，设置纺丝参数进行静电纺丝，纺丝产物在15-35℃下静置10-15h晾干，得到高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(2)中多孔二氧化锰纳米花、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷和三乙胺的质量比为100:140-180:1-4。
3.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(2)中反应的温度为100-120℃，磁力搅拌进行反应2-8h。
4.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(3)中苯乙烯、巯基化多孔二氧化锰纳米花和硫酸铈铵的质量比为100:2-8:0.3-1.2。
5.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(3)中聚合反应的温度为40-60℃，在氮气氛围中恒温搅拌进行反应2-6h。
6.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(4)中二氧化锰接枝聚苯乙烯、氯化铝和氯乙酰氯的质量比为100:40-60:30-45。
7.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(4)中反应的温度为15-35℃，在氮气氛围中搅拌进行反应4-10h。
8.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(5)中二氧化锰接枝氯甲基化聚苯乙烯和乙二胺的质量比为100:400-500。
9.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(5)中取代反应的温度为70-90℃，在氮气氛围中以回流进行反应5-15h。
10.根据权利要求1所述的一种高吸附性的MnO2-氨基化聚苯乙烯复合纤维，其特征在于：所述步骤(6)中纺丝的参数设置为纺丝电压12-16kV、接收距离12-18cm、注射速率1-2mL/h。
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