一种吸附阳离子型染料纤维的制造方法技术

本发明专利技术公开了阳离子型染料吸附剂制造技术领域的兼具大比表面积和离子交换性能的吸附阳离子型染料纤维的制造方法，该制造方法首先采用沉淀聚合法合成含特殊官能团的聚合物，随后采用湿法纺丝技术将所合成聚合物纺制成具有疏松多孔结构和含大量阳离子交换基团的纤维，最后经洗涤、干燥等工艺获得兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附功能纤维材料。上述制得的纤维与现有大比表面积阳离子型染料吸附剂或具有离子交换性能的阳离子型染料吸附剂相比，除具有吸附量大、吸附速率快、处理效率高、染料去除率高、应用成本低等优点外，还具有可非织造或纺织加工、整体性好、使用方便、吸染料后易回收等优点，因此，更加满足工业实用性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附阳离子型染料纤维的制造方法
本专利技术涉及一种纤维的制造技术，具体为一种兼具疏松多孔结构和离子交换性能的吸附阳离子型染料纤维的制造方法，该制造方法利用了沉淀聚合、湿法纺丝和洗涤、干燥等技术。
技术介绍
在我国，由染料生产和印染等工作过程中工业废水的持续排放及各种染料的大量使用导致的环境污染日益严重。据估计，染料每年的产量超过700000t，其中10％～15％被排放到水体中，而我国的染料生产居世界首位，占世界总产量的45％，因此，染料废水造成的污染不可忽视。在这些染料废水中，阳离子型染料废水具有色度深、高分子络合物多、有机物浓度高、对水体环境损坏严重、毒性大、难降解等特点，对人体危害极其严重；此外，阳离子型染料还具有抗光解、抗氧化性强等特性，因此，给人类生存环境带来了严重危害。在这种情况下，含阳离子型染料工业废水的处理以及环境水中阳离子型染料污染物的去除越来越为人们所关注，因此，各种生物降解及物理-化学方法，如生物法、混凝法、膜分离法、化学絮凝法、电化学法和吸附法等都被用于阳离子型染料废水的处理。生物法，停留时间长、造价较高，常伴有腐臭味，而且在厌氧生物法处理染料时，含偶氮键的染料有可能被还原成芳香胺，而这类芳香胺是具有潜在或直接致癌作用的，故一般用于有机污泥或浓度特高的废水处理；混凝法具有投资少、处理量大、流程简单、适应性强等优点，但是污泥产量大，污泥后期处置较为麻烦，故应用受到限制；膜分离法具有分离效率高、出水水质好等优点，但存在膜组件易堵塞、运行和投资费用高、清洗困难等问题，故应用也较为有限；化学絮凝法具有处理容量大、脱色率高和操作简便等优点，但运行费用较高、泥渣量多且脱水困难、易产生二次污染，发展受到限制；电化学法具有设备小、操作简单、去除率高等优点，但污泥量和能耗较大、电极消耗快、运行费用较高等不足限制了它的大规模应用(沈明，杨梦兵，王中伟，阳离子染料废水治理技术及进展，天津化工，2009，23(5)：8-11)。吸附法能够弥补上述方法所存在的缺陷，是目前处理阳离子型染料废水最理想的方法，因此，研制和开发新型阳离子型染料吸附剂材料在治理阳离子型染料污染方面具有重要现实意义。阳离子型染料污染吸附处置中的吸附剂须具有如下特性之一：①大的比表面积(疏松多孔结构)；②离子交换性能；③两者兼具。目前存在的阳离子型染料吸附剂材料，多数由无机物制得，如活性炭、膨润土、凹凸棒土、硅藻土、高岭土、海泡石等(林俊雄，詹树林，方明晖，钱晓倩，活性炭及硅藻土对染料的吸附特性研究，稀有金属材料与工程，2008，37(s2)：682-685；刘转年，周安宁，金奇庭，粘土吸附剂在废水处理中的应用，环境污染治理技术与设备，2003，4(2)：54-58；赵旭，袁忠勇，凹凸棒石粘土的改性处理和应用研究进展，洛阳师范学院学报，2009，28(5)：1-10；任南琪，周显娇，郭婉茜，杨珊珊，染料废水处理技术研究进展，化工学报，2013，64(1)：84-93)，其只具有大量微孔结构，而不具有离子交换性能，仅依靠发达的多孔结构和静电吸引作用来捕获染料大分子，吸附能力有限，达吸附饱和时染料去除率低，且由于整体性差的缘故，吸附染料后这些无机材料难以回收，极易造成二次污染，应用受到限制；近年来，出现了具有离子交换性能的阳离子型染料吸附剂材料，如离子交换树脂(BayramogluGulay，AltintasBegum，AricaMYakup，Adsorptionkineticsandthermodynamicparametersofcationicdyesfromaqueoussolutionsbyusinganewstrongcation-exchangeresin，ChemicalEngineeringJoumal，2009，152(2)：339-346；SuteuDaniela，BilbaDoina，CoseriSergiu，MacroporousPolymericIonExchangersasAdsorbentsfortheRemovalofCationicDyeBasicBlue9fromAqueousSolutions，JoumalofAppliedPolymerScience，2014，131(1)：DOI：10.1002/app.39620；Wawrzkiewicz，Monika，RemovalofCIBasicBlue3dyebysorptionontocationexchangeresin，functionalizedandnon-functionalizedpolymericsorbentsfromaqueoussolutionsandwastewaters，ChemicalEngineeringJoumal，2013，217，414-425；范娟，詹怀宇，尹覃伟，球形木质素基离子交换树脂的合成及其对阳离子染料的吸附性能，造纸科学与技术，2004，23(5)：26-28；余柞洁，高正荣，离子交换树脂处理阳离子染色污水的研究，环境科学丛刊，1983，4(6)：48-52；徐超武，磺化超细聚苯乙烯颗粒的制备和吸附性能研究，苏州大学硕士学位论文)、离子交换纤维(DongjuZhou，XianruiLi，HuiNi，SiquoYuan，Removalofcationicdyesbypolyphenylenesulfide-basedstrongacidionexchangefiber，MaterialsScienceForum，2013，743-744，567-572)，但其比表面积均较小，吸附速率较慢，单位时间内染料去除率低，特别是离子交换树脂，其整体性也较差，吸染料后也难以回收，易造成二次污染，故上述具有离子交换性能阳离子型染料吸附剂材料的应用受到限制。兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附剂材料具有吸附量大、吸附速率快、处理效率高、染料去除率高、应用成本低等优点，综合性能最为优异，在处置阳离子型染料污染领域具有其独特的优势，尽管如此，由于制备难度的问题，目前兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附剂材料少之又少，因此，研制和开发这类材料具有更为重要的实际意义。众所周知，具有离子交换性能的吸附剂多为有机高分子材料，故预想获得兼具大比表面积和离子交换性能的吸附剂，必须在有机高分子材料上下功夫，即兼具大比表面积和离子交换性能的吸附剂应为聚合物基材料，因此，本专利技术主要以新型聚合物为原料，采用湿法纺丝工艺制备兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附功能纤维。含羧酸基聚合物，如聚丙烯酸(PAA)，具有无毒、可交换阳离子等特点，可用于制备兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附功能纤维，但由于凝固困难等问题，难以直接将PAA通过湿法纺丝技术纺制成纤维。含羟基的(甲基)丙烯酸酯单体，如甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，分子内兼有可聚合乙烯基和活性羟基，是一种亲水性功能单体，它与含羧酸基单体(如丙烯酸)共聚可制得侧链含有活性羟基和羧酸基的共聚物，共聚物不仅具有优异的阳离子交换功能，而且与常规含羧酸基聚合物如PAA相比，纺丝可纺性，特别是凝固性能，得到了有效改善；此外，在凝固过程中由于含羟基(甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附阳离子型染料纤维的制造方法，其特征在于工艺过程如下：(1)沉淀聚合工艺：称取一定质量的单体1，将其置于适宜的烧杯中，称取单体2，使其与单体1的质量之比为3∶7～7∶3，将单体2加入上述烧杯中，称取占单体1和单体2总质量0.2～2％的引发剂，并将其加入到上述烧杯中，搅拌直至引发剂完全溶解于单体中，停止搅拌；称取去离子水，使其质量与单体1和单体2总质量之比为1∶0～1∶2，将其加入到上述烧杯中，搅拌使其混合均匀，随后将单体、引发剂和去离子水形成的混合体系移至聚合釜中，开启搅拌，通入氮气以排净聚合釜中残留的空气，将聚合釜升温至70～95℃，并开始计时，反应1～4h后，取出胶状产物，用去离子水洗涤一次以上，除去残留物，以防聚合产物着色，于真空干燥机中40～80℃条件下干燥48～96h后，于高速粉碎机中充分粉碎，获得淡黄色粉末状聚合物；所述单体1为丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸酐中的一种；所述单体2为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种；(2)湿法纺丝工艺：量取一定体积的去离子水，将其置于凝固浴中，量取一定体积的无机酸，使无机酸与去离子水的体积之比为0∶10～10∶0，将其缓慢的、小心的倒入上述凝固浴中，搅拌使其与去离子水混合均匀，自然冷却至室温，即为凝固浴液；称取一定质量去离子水，将其置于适宜的烧杯中，称取一定质量可溶性碱，使可溶性碱与去离子水的质量之比为0∶10～10∶0，将其加入到上述去离子水中，搅拌至可溶性碱完全溶解，即为溶剂；称取一定质量(1)中制得的聚合物粉末，使聚合物与上述溶剂的质量之比为0∶10～1∶10，将其加入到上述溶剂中，在40～80℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液，即为纺丝液；待温度降至室温后，将纺丝液倒入湿法纺丝用盛液器中，随后将盛液器置于真空干燥机中在40℃以及‑0.09MPa条件下脱泡，时间为30min；将聚四氟乙烯喷丝组件浸没于凝固浴液中，利用蠕动泵将上述盛液器中的纺丝液输送到聚四氟乙烯喷丝板中，纺丝液经喷丝板上的喷丝孔进入到凝固浴，待凝固浴中的溶液细流凝固成丝后，收丝，即可获得表面附着有无机酸盐的纤维；(3)洗涤、干燥工艺：称取一定质量去离子水，将其置于洗涤槽中，称取一定质量(2)中制得的纤维，使纤维与去离子水的质量之比为0∶100～100∶0，将其放入到上述洗涤槽中洗涤，将洗涤后的纤维置于鼓风干燥箱中于10～40℃条件下干燥24～96h，最终得兼具大比表面积和离子交换性能的阳离子型染料吸附功能纤维。...

【技术特征摘要】
1.一种吸附阳离子型染料纤维的制造方法，其特征在于工艺过程如下：(1)沉淀聚合工艺：称取一定质量的单体1，将其置于适宜的烧杯中，称取单体2，使其与单体1的质量之比为3∶7～7∶3，将单体2加入上述烧杯中，称取占单体1和单体2总质量0.2～2％的引发剂，并将其加入到上述烧杯中，搅拌直至引发剂完全溶解于单体中，停止搅拌；称取去离子水，使其质量与单体1和单体2总质量之比为1∶0～1∶2，且不包括1∶0，将其加入到上述烧杯中，搅拌使其混合均匀，随后将单体、引发剂和去离子水形成的混合体系移至聚合釜中，开启搅拌，通入氮气以排净聚合釜中残留的空气，将聚合釜升温至70～95℃，并开始计时，反应1～4h后，取出胶状产物，用去离子水洗涤一次以上，除去残留物，以防聚合产物着色，于真空干燥机中40～80℃条件下干燥48～96h后，于高速粉碎机中充分粉碎，获得淡黄色粉末状聚合物；所述单体1为丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸酐中的一种；所述单体2为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种；(2)湿法纺丝工艺：量取一定体积的去离子水，将其置于凝固浴中，量取一定体积的无机酸，使无机酸与去离子水的体积之比为0∶10～10∶0，且不包括0∶10和10∶0，将其缓慢的、小心的倒入上述凝固浴中，搅拌使其与去离子水混合均匀，自然冷却至室温，即为凝固浴液；称取一定质量去离子水，将其置于适宜的烧杯中，称取一定质量可溶性碱，使可溶性碱与去离子水的质量之比为0∶10～10∶0，且不包括0∶10和10∶0，将其加入到上述去离子水中，搅拌至可溶性碱完全溶解，即为溶剂；称取一定质量(1)中制得的聚合物粉末，使聚合物与上述溶剂的质量之...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐乃库，鲁玉瑶，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12