CN1265052C

CN1265052C - 温控离子吸附纤维的制备方法

Info

Publication number: CN1265052C
Application number: CN 200410025122
Authority: CN
Inventors: 陈捷; 杨黎明; 裴勇
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Shanghai University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: CN1584188A

Abstract

本发明涉及一种温控离子吸附纤维的制备方法，属辐射化学及化学工程技术领域。本发明主要采用共辐照接枝法和预接枝法；共辐照接枝将聚丙烯纤维浸入特定的接枝液中，然后通过传输装置将反应体系送入辐照室进行辐照，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附一解吸附功能的聚丙稀纤维；预辐照接枝先将聚丙烯纤维进行辐照，然后浸入除氧的接枝液，再次通氮除氧，在封闭的反应器内于一定温度下进行反应，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附-解吸附功能的聚丙稀纤维。本发明的温控离子吸附纤维对离子的吸附具有温度敏感性，可对金属离子在不同温度下进行吸附与解吸附，简化了生产工艺过程。

Description

温控离子吸附纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种温控离子吸附纤维的制备方法，属辐射化学及化学工程技术领域。

背景技术

处理含有金属离子的废水，常用的方法有电解法、沉淀法、离子交换法等。近年来，接枝改性纤维在金属离子的回收、浓缩、富集和分离等方面的作用倍受关注。由于接枝纤维对金属离子的吸附具有速度快、选择性高、易洗脱再生等优点，因此在金属资源保护、工业废水处理和海洋资源的利用等方面都有着广泛的应用价值。

传统的金属离子交换树脂或纤维，一般都利用强酸、弱酸根对离子进行交换，然后采用酸、碱等进行解吸附及水洗等工艺再生，同时回收金属离子.传统的离子交换树脂，无论是废水处理还是金属离子的富集、回收，在得到金属离子和达标水的同时，会产生大量的酸、碱废水，还要消耗大量的纯水。这样，不仅造成了大量水资源的浪费，也增加了再生的成本。利用接枝改性纤维代替离子交换树脂，虽然可相应减少再生过程中酸、碱的用量，但仍然有废液产生及纯水的消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对离子吸附或交换具有温度敏感性的接枝改性纤维，利用高温或降低温度来达到吸附与解吸附离子的目的。

本发明的一种温控离子吸附纤维的制备方法，主要采用共辐照接枝法，其特征在于，该方法具有如下工艺步骤：将聚丙烯纤维浸入特定的接枝液中，然后通过传输装置将反应体系送入辐照室进行辐照，辐照源采用γ射线，辐照剂量为1-50kGy，最佳为10KGy；辐照后取出纤维，洗去表面的单体和均聚物，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附—解吸附功能的聚丙烯纤维，接枝液的配方为(重量百分比)：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，优选5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，优选3％；丙烯酸1-5％，最佳1％；氯化铜CuCl₂或硫酸亚铁FeSO₄ 0.01-0.1％，优选0.01％；余量为去离子水；接枝率10-100％，优选25％。

本发明的又一种温控金属离子吸附纤维的制备方法，主要采用预辐照接枝法，其特征在于，该方法具有如下工艺步骤：将聚丙烯纤维通过传输装置送入辐照室进行辐照，辐照源采用γ射线，也可以用电子束，辐照剂量为5-200kGy，γ射线辐照的最佳剂量为60KGy；电子束辐照的最佳剂量为10KGy；在反应器内注入接枝液，通入氮气除氧10分钟，然后将预辐照纤维浸入接枝液中，再次通氮气除氧10分钟，然后将反应器置于适当的热温度条件下进行接枝反应，反应温度为20-90℃，优选为60℃；反应时间为1-9小时，优选为8小时；反应结束后，取出纤维，洗去表面的单体和均聚物，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附—解吸附功能的聚丙烯纤维，接枝液的配方为(重量百分比)：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，优选5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，优选3％；丙烯酸1-5％，优选1％；氯化铜CuCl₂或硫酸亚铁FeSO₄0.01-0.1％，优选0.01％；溶剂为去离子水；接枝率10-100％，优选25％。

本发明采用辐照接枝法的基本原理如下：

a.共辐照接枝法制备温控离子吸附纤维：

b.预辐照接枝法制备温控离子吸附纤维：

上式中，A为聚丙烯，B为具有温度敏感性的单体，如N-异丙基丙烯酰胺等，采用辐射的方法，将含有胺基、羧基及温度敏感性的单体接枝于高分子纤维，使聚合物纤维含有某种官能团，利用酰胺和羧基等对金属的络合作用及热敏性聚合物在不同温度下的亲水—疏水的变化，即能在较低的温度下吸附金属离子，而在较高的温度下解吸附。

采用温度敏感性水凝胶单体接枝改性后的纤维，对离子的吸附(或交换)具有温度敏感性，利用这一性能可对金属离子在不同温度下进行吸附与解吸附，也就是说，可利用升高(或降低)温度来达到解吸附离子的目的。这不仅省去了酸、碱洗涤过程，缩短了再生所需的时间，简化了金属离子的解吸附工艺，还大大减少了纯水的用量。另外，利用纤维在一定温度下由亲水变疏水的特点，对金属离子解吸附，使高浓度的金属离子水溶液随之排出，这样，更有利于金属离子的浓缩和回收。

附图说明

图1为本发明共辐照接枝法制备温控离子吸附纤维的流程示意图

图2为本发明预辐照接枝法制备温控离子吸附纤维的流程示意图

具体实施方式

实施例一：参见图1，本实施例采用共辐照接枝法制备温控离子吸附纤维：将聚丙烯(PP)纤维浸入接枝液中，然后通过传输装置将反应体系送入辐照厅辐照，辐照源采用γ-射线，剂量为10kGy.辐照后取出纤维，洗去表面的单体和均聚物，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附-解吸附功能的PP纤维。接枝液的配方为：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)5％，丙烯酰胺(AAm)3％，丙烯酸为1％；氯化铜CuCl₂为0.01％，溶剂为去离子水。接枝率25为宜。

实施例二：参见图2，本实施例采用预辐照接枝制备温控离子吸附纤维：将聚丙烯(PP)纤维通过辐照传输装置引入辐射场进行辐照，辐照源采用γ-射线，剂量为60kGy。在反应器内注入接枝液，通氮除氧10分钟后将预辐照的纤维浸入接枝液中，再次通氮除氧10分钟，然后将反应器置于适当的温度进行接枝反应，反应温度为60℃，反应时间为8小时。反应结束后，取出纤维，洗去其表面的均聚物及单体，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附-解吸附功能的PP纤维。接枝液的配方为：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)5％；丙烯酰胺(AAm)3％；丙烯酸(AAc)1％；硫酸亚铁(FeSO₄)0.01％，溶剂为去离子水。接枝率25％。

对离子吸附纤维进行了一些应用试验，其结果如下：

1.接枝纤维对废水中重金属离子的处理：通过试验，对废水中重金属如Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Cr⁶⁺、U⁶⁺、Pb³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺等的去除：选用纤维的接枝率为30％；溶液的pH为1-6，最佳为1，温度为5-30℃，最佳20℃；纤维的吸附容量约0.1-1mmol/g，最大1mmol/g；吸附后废水中离子的浓度可降至2-4mg/L以下。

2.解吸附及浓缩过程的试验：在pH＝3-10的水溶液中进行，最佳为pH＝7；温度40-60℃，最佳50℃。某些经多次解吸附后浓缩液中离子浓度可达1000mg/L以上。解吸附后的接枝纤维可反复使用。

接枝率为25％时的接枝纤维在不同PH下对Fe²⁺离子的吸附率(20℃，静态吸附5h)见表一，

表一

pH	1	3	5
pH	1	3	5	吸附率(％)	90	70	45

接枝率(NIPAAm+AAm)为25％的接枝纤维在pH＝3时对Fe²⁺离子的解吸附浓缩情况(50℃，静态解吸附1h)，见表2。

表2

解吸附次数	1	2	3	4
解吸附次数	1	2	3	4	Fe²⁺浓度(mg/L)	112	221	330	441

由上两表可知，Fe²⁺离子在较低温度20℃下的吸附最适宜，而在50℃下解吸附最适宜，这是温控离子吸附纤维的功能特性。

3.接枝纤维对电镀(镀铬、锌等)液中Fe²⁺离子的选择性吸附：选用纤维的接枝率为30％；在pH≤1的条件下，接枝纤维对Fe²⁺离子的吸附能力大于Zn²⁺等离子的吸附能力，当电镀液中Fe²⁺离子的浓度过高而影响电镀质量时，可采用接枝纤维对电镀液进行处理，使Fe²⁺离子的浓度降到允许的范围内。除Fe²⁺离子时的温度为20℃。解吸附时的温度为50℃。

Claims

1.一种温控离子吸附纤维的制备方法，主要采用共辐照接枝法，其特征在于，该方法具有如下工艺步骤：将聚丙烯纤维浸入特定的接枝液中，然后通过传输装置将反应体系送入辐照室进行辐照，辐射源采用γ射线，辐照剂量为1-50kGy；辐照后取出纤维，洗去表面的单体和均聚物，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附-解吸附功能的聚丙烯纤维，接枝液的配方为(重量百分比)：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％；丙烯酰胺(AAm)1-8％；丙烯酸1-5％；氯化铜CuCl₂或硫酸亚铁FeSO₄ 0.01-0.1％；溶剂为去离子水；接枝率10-100％。

2.一种温控金属离子吸附纤维的制备方法，主要采用预辐照接枝法，其特征在于，该方法具有如下工艺步骤：将聚丙烯纤维通过传输装置送入辐照室进行辐照，辐射源采用γ射线，也可以用电子束，辐照剂量为5-200kGy；在反应器内注入接枝液，通入氮气除氧，再将预辐照纤维浸入接枝液中，通氮气除氧10分钟，然后将反应器置于适当的及热温度条件下进行接枝反应，反应温度为20-90℃；反应时间为1-9小时；反应结束后，取出纤维，洗去表面的单体和均聚物，即可得到接枝改性的具有温控离子吸附—解吸附功能的聚丙烯纤维，接枝液的配方为(重量百分比)：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％；丙烯酰胺(AAm)1-8％；丙烯酸1-5％；氯化铜CuCl₂或硫酸亚铁FeSO₄ 0.01-0.1％；溶剂为去离子水；接枝率10-100％。