一種利用廢棄pet纖維製備的應急吸附材料及製備方法
2023-10-25 15:48:57 1
專利名稱：一種利用廢棄pet纖維製備的應急吸附材料及製備方法
技術領域：
本發明公開了一種利用廢棄PET纖維製備的有機-無機複合應急吸附材料及其製備方法，更具體的說是基於一種基於廢棄PET纖維為基質的鹼式氯化鋁修飾的應急吸附纖維及其製備方法。
背景技術：
PET作為一種高分子聚合材料被廣泛用於製造纖維/織物、容器包裝、工程材料。 2010年全世界PET的產量超過億噸，其中70%用於製造纖維/織物。中國作為世界上最大的PET生產國和消費國，每年生產和消耗了大量的PET材料，但其中不足10 %的PET被回收。由於PET纖維在環境中很難被降解，且無法通過簡單的物理方法被回收，因此如何對廢舊 PET 纖維進行回收成為了一個難題[B. Kuczenski,R. Geyer,Material flow analysis of polyethylene terephthalate in the US,1996-2007. Resources, Conservation and Recycling，54(2010) 1161-1169. ]，[Y. X. Ou,Y. Zhao，Status and recent developments of PET recovery technology. Chemical Industry and Engineering Progress， 29(2010) 1086-1090. ] o另一方面，我國近些年環境突發汙染事件時有發生，尤其是因砷汙染導致的水汙染突發事件頻發。如何快速、高效去除水中砷(V)成為水汙染控制研究領域的熱點問題。目前去除水中砷(V)的方法主要為吸附法和混凝沉澱法。混凝沉澱法雖然可以有效去除水中砷(V)，但是產生大量的含砷(V)泥渣不易處置，容易導致二次汙染；活性氧化鋁吸附法雖然對砷(V)的吸附選擇性高，但是其片狀、顆粒狀的形態不易在環境複雜的河道和湖泊中使用，且成本昂貴，很難在實際水汙染應急處置中大規模使用[Victor Raj Mohan Chandrasekaran, Ilayaraja Muthaiyan, Po-Chang Huang, Ming-Yie Liu Using iron precipitants to remove arsenic from water Is it safe Water Res. (44)20105823-5827.]，[Dinesh Mohan, Charles U. Pittman Jr Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents—A critical review, J. Hazard. Mate. (142)20071-53]o釆用纖維作為吸附材料應用到突發環境汙染事件的處置目前已經引起人們的重視，因為纖維狀吸附材料在形狀上具有很強的可塑性，能夠製成網狀、纖維狀乃至海綿狀，使之適用於複雜多變的使用場合，也便於回收再生。研究報導了基於羊毛為基質的螯合纖維，對重金屬離子有較好的吸附去除效果；路健美等人合成了對疏水性油類物質有很好的吸附效果的海綿樹脂。但是現有的纖維吸附材料都存在著以下的不足1)釆用羊毛等動物毛髮作為基質材料，不僅來源困難，不是以規模化生產，且製作成本較高，與處理和合成條件不易操作控制[M. Monier，N. Nawar，D. A. Abdel-Latif, Preparation and characterization of chelating fibers based on natural wool for removal of Hg(II)，Cu(II)and Co(Il)metal ions from aqueous solutionsj. Hazard. Mater. 184(2010) 118·]，[V. D. Zhel jazkov, G. W Stratton, J. Pincock，S. Butler,
權利要求
1.一種利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料，其特徵在於PET骨架與表面接枝的胺基以及後修飾上的鹼式氯化鋁構成，基本結構式如下，式中I < η
2.根據權利要求2所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料，其特徵在於吸附材料為纖維狀，表面含有鹼式氯化鋁，材料與水的接觸角為52°，對砷吸附量 9.982-14. 989mg/g。
3.一種利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其步驟為(1)廢棄PET纖維預處理a.抽提將PET纖維用有機溶劑在索氏抽提器中抽提4-8小時，然後在室溫下晾乾；b.溶脹將經過抽提乾燥後的PET纖維置於三頸瓶中，加入溶脹劑溶脹4-8小時，溶脹劑用量與纖維的質量比例為I : 40-100，溶脹溫度為20-40攝氏度；(2)配製反應乳液a.將丙烯酸、乙二胺按照質量比為I: 2 4混合，在35-40°C下攪拌反應8-24h，得到接枝單體溶液；b.將接枝單體溶液與有機溶脹劑和乳化劑在120r/min攪拌下混合，得到反應乳液，其中接枝單體溶液、有機溶脹劑和乳化劑的質量比=I 1.5-2 0.5-1;(3)接枝反應將經過預處理後的PET纖維與反應乳液在120r/min下混合攪拌，後加入引發劑，PET纖維與引發劑、反應液的質量比例為5-10 1-2 1000 5000，在65-95°C下反應8-24h，得到PET-AA-NN，乙醇清洗後50攝氏度真空乾燥；(4)PET-AA-NN纖維負載金屬反應a.將PET-AA-NN纖維浸泡鋁離子溶液反應8_12h，50°C下真空乾燥，得到 PET-AA-NN-Al3+ 纖維；b.將PET-AA-NN-Al3+纖維浸泡在去離子水中，向纖維滴加鹼溶液，直至出現大量白色混濁狀止，後浸泡4小時後取出，置於120°C下烘12h，於50°C下真空乾燥，得到 PET-AA-NN-Al2 (OH) nCl6_n 纖維。
4.根據權利要求3所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其特徵在於所述步驟Ι-a中有機溶劑為乙醇、丙酮或者石油醚中的一種，PET與有機溶劑質量比= I 50，在索氏抽提器中抽提8小時；所述步驟Ι-b溶脹劑為DMF、二氯乙烷或甲苯中的一種，溶脹8小時，溶脹劑用量與纖維的質量比例為I : 50，溶脹溫度為40攝氏度。
5.根據權利要求4所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其特徵在於，所述步驟2-a中丙烯酸、乙二胺在40°C下攪拌反應12h，得到接枝單體溶液；步驟2的接枝單體為丙烯酸和乙二胺溶液反應生成物，其結構如下
6.根據權利要求5所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其特徵在於所述接枝單體溶液、有機溶脹劑和乳化劑的質量比為I : 2 : I。
7.根據權利要求5或6所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其特徵在於步驟3-a中所述引發劑為過氧化苯甲醯、過氧化二醯或偶氮二異丁腈的一種，PET纖維與引發劑、反應液的質量比例為5 I 1200 2000，在95°C下反應12h。
8.根據權利要求7所述的利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料製備方法，其特徵在於步驟4中所述鋁離子溶液為質量濃度5% 20%的三氯化鋁溶液，步驟4-b中所用的鹼溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液或氨水，質量濃度為I 10%。
全文摘要
本發明公開了一種利用廢棄PET纖維製備的應急吸附材料及製備方法，屬於環境材料合成與應用領域。材料由PET骨架與表面接枝的胺基以及後修飾上的鹼式氯化鋁構成，其平均直徑為40-60μm，鹼式氯化鋁含量為13.4-16.7%，吸附材料為纖維狀，表面含有鹼式氯化鋁，材料與水的接觸角為52°，對砷吸附量9.982-14.989mg/g。製備驟為廢棄PET纖維預處理--配製反應乳液-接枝反應-PET-AA-NN纖維負載金屬反應，本發明適用於河道、湖泊等天然水體發生的突發重金屬水汙染事件的應急處置。在製備出應急吸附材料的同時，也實現了廢棄PET纖維的回收、利用。
文檔編號B01J20/30GK102580699SQ201210053178
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者孟穎, 楊欣, 王津南, 許麗 申請人:南京大學