PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维，通过以下步骤制备获得：(1)将涤纶纤维置于容器中，加入氧化石墨烯水溶液，50‑60℃水浴2‑3h；加入PVP粉末，50‑60℃水浴2‑3h；取出，室温晾干；所述的氧化石墨烯、涤纶纤维、PVP、水的质量比为1：25‑35：0.9‑1.5：4600‑5400；(2)将上述晾干的纤维加入柠檬酸钠水溶液，85‑95℃水浴2‑3h，取出，室温晾干，得到PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维；所述的纤维、柠檬酸钠、水的质量比为1：8‑12：100‑150。本发明专利技术复合纤维合成方法简单，吸附染料的效果好，容易与水分离，运行成本低，在染料废水脱色领域具有良好的应用前景。

PVP functionalized graphene / polyester composite fiber and its preparation and Application

The invention provides a PVP functionalized graphene/polyester composite fiber, which is prepared by the following steps: (1) placing the polyester fiber in a container, adding graphene oxide aqueous solution, water bath at 50 60 2_3 h, adding PVP powder, water bath at 50 60 2_3 h, taking out and drying at room temperature; the graphene oxide and polyester fibers described above. The mass ratio of vitamin D, PVP and water is 1:25_35:0.9_1.5:4600_5400; (2) The drying fiber is added to the aqueous solution of sodium citrate, and the water bath is 85_95 2_3 H. After being taken out and dried at room temperature, the PVP functionalized graphene/polyester composite fiber is obtained. The mass ratio of the fiber, sodium citrate and water is 1:8_12:100_150. . The composite fiber has the advantages of simple synthesis method, good dye adsorption effect, easy separation from water, low operation cost, and good application prospect in the field of decolorization of dye wastewater.

【技术实现步骤摘要】
PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及染料废水处理材料，具体是一种PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法和在染料废水处理中的应用。
技术介绍
染料废水是国内外公认的较难处理的工业废水之一，具有排放量大，成分复杂，处理难度大的特点。此外染料废水还具有色度高、有机物含量高、难生物降解、多变化等特点。其中含有的偶氮染料更是具有致癌的效果，严重污染水体，危害人们的健康。即使废水中残存的染料浓度很低，排入水体也会造成水体透光率和水体中气体溶解度的降低，影响水中各种生物的生长，从而破坏水体纯度和水生生物的食物链，最终将导致水体生态系统的破坏。加之纺织品的产量和质量有了大幅度的提高，染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展。所有这一切都导致了现有处理方法对染料废水的治理越来越难，染料废水对环境的污染越来越严重。现有染料废水的处理方法有生物化学法和物理化学法，其中生物化学法主要包含好氧及厌氧两种方法，物理化学法则主要包含吸附和降解两种方法。国内对染料废水以生物处理为主，但生物处理法对色度的去除率不高。染料分子细微的结构变化会影响脱色率，而不同的微生物对不同结构的染料去除率差别较大，染料浓度对脱色率也有一定影响，高浓度染料(染料本身有较强的生物毒性)会抑制微生物活性，影响脱色效果。因此，对于染料废水通常会用物理吸附的方法来降低色度。吸附法是将多孔性的固体物质与废水混合，把水中的污染物质吸附到固体外表，使污染物质得到去除的一种方法。常用的吸附材料有天然矿物、蔗糖、煤渣、甲壳质、活性炭、蛋白质等。其中活性炭的应用较其他材料来说更普遍，但是在应用中发现活性炭吸附具有对疏水性染料去除困难、脱附效果差等缺点。其他的一些天然吸附物质虽然具有容易获得、成本低廉、吸附过程简便易行、应用性高等优点，但是吸附效果往往达不到要求。因此，寻找有高化学稳定性和高比表面积的新型碳材料成为研究的热点。石墨烯具有较大的比表面积(2630m2·g-1)，这使其在吸附方面的应用具备了巨大的潜力和天然的优势。但是石墨烯片层在水中容易产生不可逆的凝聚，使其比表面积大打折扣。因此需对其进行化学改性，进一步提高吸附性能。已经有一些功能化石墨烯复合材料被用于染料吸附。例如，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化石墨烯纳米材料对多种染料表现出优良的吸附性能，PVP具有与许多大分子染料缔合的特性，它既能防止石墨烯在水中凝聚，又能提高染料在石墨烯表面的附着率。但该功能化石墨烯材料会比较均匀地分散在水中，在吸附染料后难于沉淀或过滤，难于与水分离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于处理染料废水的PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维及其制备方法，以及将该复合纤维用于处理染料废水。所述复合纤维对染料吸附性好且容易与水分离，能够回收再利用。本专利技术提供的一种PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维，具体通过以下步骤获得：(1)将涤纶纤维置于容器中，加入氧化石墨烯水溶液，50-60℃水浴2-3h；加入PVP粉末，50-60℃水浴2-3h；取出，室温晾干；所述的氧化石墨烯、涤纶纤维、PVP、二次水的质量比为1：25-35：0.9-1.5：4600-5400；(2)将上述晾干的纤维加入柠檬酸钠水溶液，85-95℃水浴2-3h，取出，室温晾干，得到PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维；所述的纤维、柠檬酸钠、水的质量比为1：8-12：100-150。步骤(1)中所述的氧化石墨烯、涤纶纤维、PVP、二次水的质量比优选为1：29-31：0.9-1.1：5000；步骤(2)中所述的纤维、柠檬酸钠、水的质量比优选为1：10：120-135。将复合纤维置于染料溶液中，静置，用紫外-可见光谱检测溶液的色度变化，从紫外-可见光谱(见图1-4)中染料的吸收峰变化来衡量并计算吸附率。与现有技术相比本专利技术的优点：本专利技术采用涤纶纤维与功能化石墨烯结合而构成复合纤维，具有对染料废水中染料吸附性强、稳定性好、吸附剂与水易分离的特点。复合纤维中采用的涤纶纤维是一种合成纤维，特点是亲水性差、染色性差、耐化学试剂，它与功能化石墨烯构成复合纤维材料，为功能化石墨烯提供支撑，使功能化石墨烯牢固地附着在上面，以便在吸附染料之后很轻易地与水分离。极性极小的涤纶分子链上无特定的染色基团，染料分子不易进入纤维，可以保证染料被功能化石墨烯吸附，并容易使染料脱附，从而达到吸附剂回收再利用的目的。附图说明图1：PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维处理碱性品红(FBI)溶液前后的紫外-可见光谱图。图2：PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维处理孔雀石绿(MG)溶液前后的紫外-可见光谱图。图3：PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维处理酸性大红(ASG)溶液前后的紫外-可见光谱图。图4：PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维处理刚果红(CR)溶液前后的紫外-可见光谱图。具体实施方式实施例1PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维的制备将约0.15g的涤纶纤维浸入5mL1mg/mL的氧化石墨烯溶液中，在50℃条件下水浴2.5h，再加入PVP粉末5mg，再次进行水浴，温度为60℃，时间为2h，反应结束后，将涤纶取出，室温晾干。将晾干后的涤纶纤维加入20mL二次水、1500mg柠檬酸钠，90℃水浴还原2h，取出，室温晾干，得到PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维。实施例2PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维与碱性品红(FBI)溶液的吸附脱色在常温下，配置5mL浓度为0.02mg/mL的碱性品红(FBI)溶液，加入一块实施例1制备的复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图1)。根据所得数据计算FBI的脱色率为95.23％。实施例3PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维与孔雀石绿(MG)溶液的吸附脱色在常温下，配置5mL浓度为0.02mg/mL的孔雀石绿(MG)溶液，加入一块实施例1制备的复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图2)。根据所得数据计算MG的脱色率为96.77％。实施例4PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维与酸性大红(ASG)溶液的吸附脱色：在常温下，配置5mL浓度为0.02mg/mL的酸性大红(ASG)溶液，加入一块实施例1制备的复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图3)。根据所得数据计算ASG的脱色率为95.20％。实施例5脱吸附的PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维与刚果红(CR)溶液的吸附脱色在常温下，配置5mL浓度为0.02mg/mL的刚果红(CR)溶液，加入一块实施例1制备的复合纤维，震荡30min。取剩余溶液测定其吸光度(见图4)。根据所得数据计算CR的脱色率为88.79％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维，其特征在于，通过以下步骤获得：(1)将涤纶纤维置于容器中，加入氧化石墨烯水溶液，50‑60℃水浴2‑3h；加入PVP粉末，50‑60℃水浴2‑3h；取出，室温晾干；所述的氧化石墨烯、涤纶纤维、PVP、水的质量比为1：25‑35：0.9‑1.5：4600‑5400；(2)将上述晾干的纤维加入柠檬酸钠水溶液，85‑95℃水浴2‑3h，取出，室温晾干，得到PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维；所述的纤维、柠檬酸钠、水的质量比为1：8‑12：100‑150。

【技术特征摘要】
1.一种PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维，其特征在于，通过以下步骤获得：(1)将涤纶纤维置于容器中，加入氧化石墨烯水溶液，50-60℃水浴2-3h；加入PVP粉末，50-60℃水浴2-3h；取出，室温晾干；所述的氧化石墨烯、涤纶纤维、PVP、水的质量比为1：25-35：0.9-1.5：4600-5400；(2)将上述晾干的纤维加入柠檬酸钠水溶液，85-95℃水浴2-3h，取出，室温晾干，得到PVP功能化石墨烯/涤纶复合纤维；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志广，郭玉晶，董川，郭芝芝，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14