一种偕胺肟化聚丙烯腈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偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，包括配制聚丙烯腈溶液和第一有机物溶液，第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物；将所述聚丙烯腈溶液和所述第一有机物溶液混合均匀，配制成纺丝液，其中，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％‑15％；将所述纺丝液在40℃‑60℃的温度下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维；或者将所述纺丝液在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝之后，再于60℃‑80℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。本发明专利技术提供的制备方法操作简单，通过控制静电纺丝温度制备偕胺肟化聚丙烯腈纤维，且制得的偕胺肟化聚丙烯腈纤维具有优异的吸附金属性能和重复使用性。

【技术实现步骤摘要】
一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料领域，特别涉及一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业发展及贵金属的广泛应用，贵金属需求量日益剧增，对贵金属的回收就变得尤为重要。同时，城市生活污水及各种采矿废水均含有大量的重金属离子，通过食物链而生物富集，对生物和人体健康构成严重威胁。因此，对污水中重金属离子的去除和回收意义重大。吸附法是一种目前公认的经济有效操作灵活简便的金属吸附方法。吸附法中最重要的就是吸附剂。其中，聚丙烯腈纤维材料具有小直径、大比表面积和高孔隙率，可以形成纤维网络膜以及制备低廉等优点。同时，以偕胺肟基团(H2N-C＝N-OH)修饰的聚丙烯腈纤维材料可以更好地吸附金属，被认为是较佳的吸附材料之一。在目前的研究中，有学者通过静电纺丝工艺将聚丙烯腈制成纤维后进行偕胺肟化改性即获得偕胺肟化聚丙烯腈纤维；也有学者先通过将聚丙烯腈进行偕胺肟化改性再进行纺丝工艺制得偕胺肟化聚丙烯腈纤维，但此方式导致聚丙烯腈纤维改性后收缩非常严重，甚至脆断或粉末化，失去纤维的特性；而且聚丙烯腈进行偕胺肟化后的纺丝液的粘度发生很大变化，影响后续纤维的制备。因此，亟需一种避免上述制备工艺缺点且操作简单的偕胺肟化聚丙烯腈纤维制备方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维制备方法，包括配制聚丙烯腈溶液和第一有机物溶液，第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物，并混合形成纺丝液，在40℃-60℃的温度下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维；或者将在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝之后，再于60℃-80℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。本专利技术提供的制备方法操作简单，直接制备得到偕胺肟修饰的聚丙烯腈纤维，减少工艺流程，同时，制得的偕胺肟化聚丙烯腈纤维具有优异的吸附金属和重复使用性能。第一方面，本专利技术提供了一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，包括：将聚丙烯腈和第一有机物分别溶于有机溶剂中，配制成聚丙烯腈溶液和第一有机物溶液，其中，所述第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物；将所述聚丙烯腈溶液和所述第一有机物溶液混合均匀，配制成纺丝液，其中，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％-15％；将所述纺丝液在40℃-60℃的温度下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维；或者将所述纺丝液在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝之后，再于60℃-80℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。在本专利技术中，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％-15％。进一步可选的，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为9％-14％。具体的，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度可以但不限于为9％、10％、11.5％或13.7％。在本专利技术中，当所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％-15％时，才能保证该纺丝液的粘度适合进行静电纺丝。在本专利技术中，将所述纺丝液在40℃-60℃的温度下进行静电纺丝时，在纺丝过程中即可进行聚丙烯腈纤维的制备，又同时进行偕胺肟化，直接通过静电纺丝制得偕胺肟化聚丙烯腈纤维；将所述纺丝液在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝时，需要在静电纺丝后在60℃-80℃进行真空干燥，即可制得偕胺肟化聚丙烯腈纤维，此时在静电纺丝过程中第一有机物共混于聚丙烯腈纤维中，但并未与聚丙烯腈中的基团发生反应，当置于60℃-80℃真空干燥时，第一有机物和聚丙烯腈纤维反应，制得偕胺肟化聚丙烯腈纤维。进一步可选的，将所述纺丝液于45℃-58℃下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。具体的，可以但不限于为将所述纺丝液于48℃、50℃、53℃或55℃下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。进一步可选的，将所述纺丝液于20℃-33℃下进行静电纺丝之后，再于62℃-77℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。具体的，可以但不限于为将所述纺丝液于20℃、25℃、27℃或33℃下进行静电纺丝之后，再于62℃、65℃、72℃或77℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。可选的，所述静电纺丝包括干法纺丝、湿法纺丝或干湿法纺丝。在本专利技术中，所述第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物，即所述第一有机物同时具有羟基和氨基，也就是说所述第一有机物为可以与聚丙烯腈发生偕胺肟化的有机物。可选的，所述第一有机物包括羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟脲、2-氨基-3-羟基吡啶中的至少一种。可选的，所述纺丝液中所述聚丙烯腈和所述第一有机物的摩尔比为1：(1-2)。进一步可选的，所述纺丝液中所述聚丙烯腈和所述第一有机物的摩尔比为1：(1-1.75)。具体的，所述纺丝液中所述聚丙烯腈和所述第一有机物的摩尔比可以但不限于为1：1、1：1.25、1：1.5或1：1.75。可选的，所述第一有机物溶液中所述第一有机物的浓度为10g/L-30g/L。具体的，所述第一有机物溶液中所述第一有机物的浓度可以但不限于为10g/L、17g/L、20g/L或30g/L。可选的，所述聚丙烯腈的分子量为8.5×104-15×104。可选的，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。可选的，所述静电纺丝的工艺条件为阳极电压12kV-16kV，阴极电压(-3)kV-(-2)kV，滚轴转速100转/min-120转/min，进样速度1mL/h-1.2mL/h，湿度35％-60％。可选的，所述纺丝液在20℃-60℃的表观剪切粘度大于0.35Pa·S，表观拉伸粘度为大于105Pa·S。第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的制备方法制得的偕胺肟化聚丙烯腈纤维，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的肟化率大于30％。可选的，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的肟化率大于50％。其中，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的直径为200nm-300nm，线密度为1.01dtex-1.44dtex，断裂强度为7.3cN/dtex-7.9cN/dtex，断裂拉伸率为5％-30％。其中，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维呈弯曲状。其中，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的对金属元素的吸附量大于2mol/g。其中，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的金属元素的吸附量是指每克偕胺肟化聚丙烯腈纤维吸附金属元素的摩尔数。第三方面，本专利技术提供了一种如第二方面所述的偕胺肟化聚丙烯腈纤维在吸附金属元素中的应用。在本专利技术中，所述在吸附金属中的应用可以但不限于为吸附金属化合物、金属离子和/或金属单质中的应用。可选的，所述在吸附金属中的应用包括在污水处理、贵金属回收的应用。具体的，可以但不限于为偕胺肟化聚丙烯腈纤维应用于对溶液中钴元素、氧化铁、氧化亚铁、氧化锰或、银元素、镉离子和铅离子的吸附。可选的，所述偕胺肟化聚丙烯腈纤维的对金属元素的吸附量大于2mol/g。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法操作简单，在静电纺丝过程中即制备聚丙烯腈纤维，又同时将聚丙烯腈纤维进行偕胺肟化，或再通过真空干燥制得偕胺肟化聚丙烯腈纤维，节省制备成本和时间，重复性好；(2)本专利技术提供的偕胺肟化聚丙烯腈纤维的偕胺肟化充分且均匀，对金属元素具有优异的吸附性能，能够重复使用，性能稳定，在金属元素吸附方面具有广泛的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，包括：将聚丙烯腈和第一有机物分别溶于有机溶剂中，配制成聚丙烯腈溶液和第一有机物溶液，所述第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物；将所述聚丙烯腈溶液和所述第一有机物溶液混合均匀，配制成纺丝液，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％‑15％；将所述纺丝液在40℃‑60℃的温度下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维；或者将所述纺丝液在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝之后，再于60℃‑80℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。

【技术特征摘要】
1.一种偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，包括：将聚丙烯腈和第一有机物分别溶于有机溶剂中，配制成聚丙烯腈溶液和第一有机物溶液，所述第一有机物包括具有羟基和氨基的有机物；将所述聚丙烯腈溶液和所述第一有机物溶液混合均匀，配制成纺丝液，所述纺丝液中所述聚丙烯腈的质量浓度为8％-15％；将所述纺丝液在40℃-60℃的温度下进行静电纺丝得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维；或者将所述纺丝液在大于等于20℃且小于40℃的温度下进行静电纺丝之后，再于60℃-80℃真空干燥得到偕胺肟化聚丙烯腈纤维。2.如权利要求1所述的偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中所述聚丙烯腈和所述第一有机物的摩尔比为1：(1-2)。3.如权利要求1所述的偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，所述第一有机物溶液中所述第一有机物的浓度为10g/L-30g/L。4.如权利要求1所述的偕胺肟化聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的分子量为8.5×104-15×104，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。5.如权利要求1所述的偕...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫法贵，刘陈诗涛，杜冰，高福，沙庆，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44