一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維及其製備方法

2023-05-07 02:07:31

專利名稱：一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維及其製備方法
技術領域：
本發明公開了一種基於高分子聚乙烯纖維為基質的氨基修飾多孔螯合纖維及其製備方法，更具體的說是基於一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維及其製備方法。
背景技術：
近年來，我國重金屬水汙染日趨嚴重，特別是鉛、鎘等重金屬離子對生態環境造成嚴重破壞，如何快速、高效去除水/廢水中鉛、鎘等重金屬離子成為水汙染控制研究領域的熱點問題。基於高分子聚合物材料的樹脂型吸附劑具有吸附容量大、結構可調控、易於再生等優勢被廣泛應用於廢水處理領域。採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，可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，對重金屬離子具有一定的吸附去除效果；以及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)採用羊毛等動物毛髮作為基質材料，不僅來源困難，不適宜規模化生產，且製作成本較高，與處理和合成條件不易操作控制，尤其製備的吸附纖維對重金屬離子的吸附容量較低，與傳統的陽離子交換樹脂相比還有一定的差距[1]M. Monier, N. Nawar, D. A. Abdel-Latif,Preparation and characterization of chelating fibers based on natural woolfor removal of Hg(II)，Cu (II) and Co (Il)metal ions from aqueous solutions,J.Hazard. Mater. 184 (2010) 118 (莫尼等，用羊毛為纖維基體製備螯合纖維去除溶液中Hg(II)jCu(II)和Co(II)，《有毒物質》，2010年184期118頁。)；2)多數纖維吸附材料主要針對疏水性物質的吸附去除，而未考慮對親水性物質，但近年來實際突發的水汙染多為重金屬離子汙染。此前公開的專利「一種胺修飾的纖維狀應急吸附材料及其製備方法」(申請號2011104274558，公開號CN102489268A)中製備的應急吸附纖維雖然可以克服動物毛髮基質吸附纖維材料的不足，但依然存在著一些需要改進的地方1)原有專利中的合成方法是先接枝再胺化的兩步合成步驟，過程繁瑣，不利於降低成本和提高產率；2)原有專利中的胺化反應採用乙二胺浸潰法，胺基含量不易提高；3)原有專利中的合成方法製得的纖維沒有多孔結構，比表面積較低，不利於吸附。因此，利用人工合成高分子纖維材料作為基質，採用更加簡單的一步合成反應製備多孔、高含量功能基團的纖維狀吸附材料，快速去除水/廢水中鉛、鎘等重金屬離子具有重要的實際應用價值。

發明內容
I、發明要解決的技術問題針對國外文獻報導的動物毛髮纖維材料的基質來源不易，對重金屬的吸附效果也不如所述的理想，以及現有發明專利中胺修飾的纖維狀應急吸附材料胺基含量低且無多孔結構和製備過程繁瑣等缺陷，本發明提供了一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維及其製備方法，採用一步發泡聚合反應，製備高胺基含量的新型多孔、纖維狀吸附材料。該發明不僅合成步驟簡單，所製備的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺共聚物(簡稱=PE-MA-N)具有多孔結構、表面胺基含量高的優勢，對水中鉛、鎘、銅等重金屬離子平衡吸附量明顯高於此前公開的專利(申請號2011104274558，公開號CN102489268A)中製備的胺修飾纖維狀應急吸附材料。2、技術方案本發明所提供的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺纖維是採用PE纖維與甲基丙烯酸、多乙烯胺經發泡聚合反應製備。一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺纖維合成流程和纖維基本結構式如下
權利要求
1.一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維，其特徵在於纖維內部為聚乙烯-甲基丙烯酸骨架與表面修飾的多乙烯多胺基，其基本結構式如下
2.根據權利要求2所述的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維，其特徵在於為多孔、纖維狀共聚物，其直徑範圍為55-65 μ m,胺基含量大於10. Ommol/g,比表面積大於IOOm2/g,孔徑範圍2_8nm。
3.根據權利要求I或2所述的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維的製備方法，其步驟為 (1)PE預處理 抽提將PE用有機溶劑抽提劑在索氏抽提器中抽提4小時，然後在室溫下晾乾； 溶脹將經過抽提晾乾後的PE纖維置於三頸瓶中，加入溶脹劑溶脹4小時，溶脹劑體積用量(毫升)與纖維的質量(克)比例為20 :1，溶脹溫度為30攝氏度； (2)配製反應乳液 將甲基丙烯酸、多乙烯多胺、有機溶劑、乳化劑、發泡劑和水混合後配成反應乳液，各組分體積配比為甲基丙烯酸多乙烯多胺有機溶劑乳化劑發泡劑水=1 :1 2 :2 4 :I 2:1 2:4 9 ； (3)發泡聚合 將PE纖維與乳液混合後加入引發劑，PE纖維(克)與乳液(毫升)、引發劑(克)的比例為5: 1000 2000 :1 2，在85 95°C下反應12 24h，製得聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維，丙酮清洗後50°C真空乾燥。
4.根據權利要求3所述的多孔纖維狀吸附材料的製備方法，其特徵在於，步驟I中所使用的有機溶劑為乙醇、丙酮或者石油醚，所使用的溶脹劑為N，N-二甲基甲醯胺、二氯乙烷或甲苯。
5.根據權利要求3所述的多孔纖維狀吸附材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟2中，有機溶劑為DMF、二氯乙烷或甲苯，乳化劑為聚氧乙烯脫水山梨醇油酸酯、油酸聚氧乙烯酯或雙甘油聚丙二醇醚，發泡劑為正庚烷。
6.根據權利要求3所述的多孔纖維狀吸附材料的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中所使用的引發劑選過氧化苯甲醯或偶氮二乙丁腈。
全文摘要
本發明公開了一種聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纖維及其製備方法，屬於環境材料合成與應用領域。本發明採用聚乙烯纖維為基質，以甲基丙烯酸和多乙烯多胺為單體，通過發泡聚合反應，製得多孔、纖維狀吸附材料。該合成方法簡單、原料價格低廉，所製備的多孔、纖維狀吸附材料具有多孔結構和親水性表面，能夠通過表面胺基作用快速、高效去除水中重金屬離子，對鎘、鉛、銅等二價重金屬離子的平衡吸附時間小於30分鐘，且吸附後的纖維易於回收，可再生後重複使用，適用於水/廢水中重金屬離子的快速去除。
文檔編號D06M14/10GK102941070SQ20121050473
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者王津南, 程澄, 楊欣, 陳晨 申請人:南京大學