一种两性离子交换纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开一种两性离子交换纤维的制备方法，包括胺基化步骤：取适量的聚丙烯腈纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，产物用水洗涤至中性，抽滤晾干，得到胺基化产物；磷酸化步骤：取胺基化产物加入适量的清水和醛盐溶剂，常温下搅拌后再加入磷酸化药剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，结束后除去溶剂，依次用水、盐酸清洗产物，最后用水洗至中性，得到产物两性离子交换纤维。本发明专利技术以特定纤维为骨架，通过胺基化和磷酸化两步反应，形成高选择性吸附材料，具有制备方法简单、原料廉价易得、吸附容量大，螯合能力强的特点。

Method for preparing amphoteric ion exchange fiber

The invention discloses a preparation method of an amphoteric ion exchange fiber, including the steps: Taking the aminated polyacrylonitrile fiber amount added slowly to the amount of organic alcohol, amine reagent and adding quantitative, specific temperature and stirring reflux reaction time, the product was washed with water to neutral, dry filtration, obtained amine glycosylation products; Phosphorylation steps: aminated products add water and salt amount of aldehyde solvent, stirring at room temperature after adding phosphorylation agent, specific temperature and stirring reflux reaction time specific, after removing the solvent, in water and hydrochloric acid cleaning products, finally washed with water to neutral product by gender ion exchange fiber. The invention in particular fiber framework, the two step reaction by amine and phosphate, forming high selective adsorption material, has the advantages of simple preparation method, cheap material, large adsorption capacity, the characteristics of strong chelating ability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于改性离子交换纤维材料的应用领域，尤其涉及一种具有弱酸和弱碱两种特性、并具有吸附功能和离子交换功能的新型两性离子交换纤维的制备方法。
技术介绍
离子交换纤维(IEF)是继颗粒状离子交换树脂之后的新一代功能性吸附分离材料。离子交换纤维的直径大多＜100μm，甚至＜10μm，具有明显的动力学优势，它具有交换速度快、有效比表面积大，流体阻力小、再生容易及使用方便等一系列优点。它可以多种形式应用，如纤维、纱线、织物、非织造布等，因而适用于多种方式的离子交换过程。现已广泛用于制备电子纯水、医药用水、生物制剂、工业污水处理、有毒和恶臭气体吸附、催化剂载体、贵重金属回收、海洋稀有金属采集、药品的分离提取和生物化学等领域，是当今迅速发展的高新技术之一，应用前景十分广阔。当离子交换纤维跟电解质溶液接触时，纤维上的离子能跟溶液里的离子作有选择性的交换。它分阳离子交换纤维、阴离子交换纤维和两性离子交换纤维。离子交换纤维可用于吸附重金属及色素，其作为新性功能高分子材料，具有独特的化学及物理吸附和分离性能，在一些相关领域有着不可替代的作用，是继活性炭之后发展起来的一种高效吸附材料，因其表面积大、离子交换速度快、易再生、适用性广泛而成为环境污染治理
的一个研究热点。离子交换纤维的结构一般由基体纤维和连接在其上的交换基团两部分组成，其中基体纤维有聚乙烯醇、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈、聚氯乙烯-丙烯腈共聚物、纤维素等，离子交换基团有强酸、弱酸、强碱、弱碱、两性基团等。纤维素是自然界广泛存在的天然高分子物质，是一种可更新的资源。植物每年通过光合作用，能生产出亿万吨的纤维素。近年来，随着石油、煤炭储量的下降，其重要性日益显著。特别是上世纪80年代以来，随着各国对环境污染问题的日益关注和重视，迫使人们把注意力重新集中到纤维素这一具有生物可降解性、环境协调性的可再生资源上来。虽然关于离子交换纤维的研究比较多，但是大多数以合成纤维为基体进行接枝改性的，而以纤维素为基体的两性离子交换纤维相关报道相对较少。
技术实现思路
为了解决目前突发重金属水污染应急处置技术匮乏、处置材料难于回收等现实问题，本专利技术提供了一种新型两性离子交换纤维的制备方法；聚丙烯腈纤维是一类数量丰富、来源广泛、廉价易得的吸附原材料，含有丰富的纤维素，且机械强度高，可以通过化学合成手段在聚丙烯腈纤维上引入一种或多种对重金属离子(如铜离子等)有很强吸附能力的络合基团(如羧基和氨基等)，达到快速高效去除重金属的目的，且制备方法简单，能够很好的解决上述问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种两性离子交换纤维的制备方法，该制备方法包括下述步骤：(1)胺基化：取适量的聚丙烯腈纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，产物用水洗涤至中性，抽滤晾干，得到胺基化产物；(2)磷酸化：取胺基化产物加入适量的清水和醛盐溶剂，常温下搅拌后再加入磷酸化药剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，结束后除去溶剂，依次用水、盐酸清洗产物，最后用水洗至中性，得到产物两性离子交换纤维。步骤(1)中所述的有机醇为乙二醇、三甘醇、丙三醇中的一种或多种。步骤(1)中所述的胺基化试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。步骤(1)中所述的回流反应时间为8～12h，特定温度为90～100℃。步骤(1)中所述的聚丙烯腈纤维、有机醇与胺基化试剂质量比为1:20～35:4～8。步骤(2)中所述的磷酸化药剂为亚磷酸；所述的醛盐溶剂为甲醛、乙醛和丙醛中的一种或多种。步骤(2)中所述的常温下搅拌时间为5～10min；所述的回流反应时间为12～15h，特定温度为100～110℃；所述的盐酸浓度为1～5％。步骤(2)中所述的胺基化产物、磷酸化药剂和醛盐溶剂质量比为1:6～10:0.5～1。步骤(2)中所述的两性离子交换纤维用以吸附Cu2+、Cr6+、Pb2+，吸附率为95.74～98.14％。所述的吸附步骤为：取适量两性离子交换纤维经一定浓度的HCl或NaOH浸泡活化后，洗净装入层析柱，将重金属溶液经过离子交换纤维进行吸附。本专利技术的有益效果：1)本专利技术提供的聚丙烯腈纤维改性方法简单，易操作，性能更稳定，节省制备成本；2)该方法制作的离子交换纤维具有弱酸和弱碱两大特性，吸附重金属的范围广且吸附容量大，尤其针对于重金属水污染的处理效率高且具有较强的稳定性，在使处理后的废液实现无害化的同时，也能回收贵重金属；3)该产品机械和化学稳定性好，使用方法简单，进一步提高了使用吸附剂的经济性和环保性。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。一种两性离子交换纤维的制备方法，该方法为选用聚丙烯腈纤维作为原材料，并通过化学改性络合基团活性单体，使纤维胺基磷酸化后同时具有弱酸和弱碱纤维的特性；本专利技术以特定纤维为骨架，通过胺基化和磷酸化两步反应，形成高选择性吸附材料，具有制备方法简单、原料廉价易得、吸附容量大，螯合能力强的特点，且应用范围广，尤其针对于重金属水污染的处理效率高且具有较强的稳定性，在使处理后的废液实现无害化的同时，也能回收贵重金属，并且产品机械和化学稳定性好，使用方法简单，进一步提高了使用吸附剂的经济性和环保性。实施例1：(1)胺基化：取聚丙烯腈纤维4g，缓慢加入到100ml乙二醇中搅拌均匀，再加入5ml二乙烯三胺，100℃下回流反应10h，抽滤后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中间产物，加入到100ml水、3g甲醛液，常温搅拌10min，再加入8g亚磷酸，110℃反应15h，结束后除去溶剂，依次用水，3％盐酸清洗产物，最后用清水洗至中性得到产物；(3)吸附实验：取0.5g产物经2％NaOH浸泡活化后，洗净装入层析柱，将100mLCu2+溶液(由硝酸铜药剂配制成的100ppm溶液)经过离子交换纤维吸附，速度2ml/min。过柱出水的Cu2+浓度为2.13ppm,吸附率为97.87％。实施例2：(1)胺基化：取聚丙烯腈纤维4g，缓慢加入到100ml乙二醇中搅拌均匀，再加入5ml乙二胺，100℃下回流反应10h，抽滤后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中间产物，加入到100ml水、3g乙醛液，常温搅拌10min，再加入8g亚磷酸，110℃反应15h，结束后除去溶剂，依次用水，3％盐酸清洗产物，最后用清水洗至中性得到产物；(3)吸附实验：取0.5g产物经2％HCl浸泡活化后，洗净装入层析柱，将100mLCr6+溶液(由重铬酸钾药剂配制成的100ppm溶液)经过离子交换纤维吸附，速度2ml/min。过柱出水的Cr6+浓度为3.05ppm,吸附率为96.95％。实施例3：(1)胺基化：取聚丙烯腈纤维4g，缓慢加入到100ml丙三醇中搅拌均匀，再加入5ml乙二胺，100℃下回流反应10h，抽滤后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中间产物，加入到100ml水、3g乙醛液，常温搅拌10min，再加入8g亚磷酸，100℃反应15h，结束后除去溶剂，依次用水，3％盐酸清洗产物，最后用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法包括下述步骤：(1)胺基化：取适量的聚丙烯腈纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，产物用水洗涤至中性，抽滤晾干，得到胺基化产物；(2)磷酸化：取胺基化产物加入适量的清水和醛盐溶剂，常温下搅拌后再加入磷酸化药剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，结束后除去溶剂，依次用水、盐酸清洗产物，最后用水洗至中性，得到产物两性离子交换纤维。

【技术特征摘要】
1.一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法包括下述步骤：(1)胺基化：取适量的聚丙烯腈纤维缓慢加入到适量的有机醇中，并加入定量的胺基化试剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，产物用水洗涤至中性，抽滤晾干，得到胺基化产物；(2)磷酸化：取胺基化产物加入适量的清水和醛盐溶剂，常温下搅拌后再加入磷酸化药剂，特定温度下搅拌并回流反应特定时间，结束后除去溶剂，依次用水、盐酸清洗产物，最后用水洗至中性，得到产物两性离子交换纤维。2.根据权利要求1所述的一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的有机醇为乙二醇、三甘醇、丙三醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的胺基化试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的回流反应时间为8～12h，特定温度为90～100℃。5.根据权利要求1所述的一种两性离子交换纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的聚丙烯腈...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小平，张勇，吴云，强金凤，陈婉芳，卢珊珊，
申请(专利权)人：马鞍山中创环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34