一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维及其制备方法，涉及水质净化材料技术领域。该抗菌除臭改性纤维采用性能优异的玻璃纤维与抗菌除臭性能优异的竹炭纤维碱液处理后，静电纺丝得到高吸附性能的玻璃纤维混纺竹炭纤维，再与良好粘结吸附抗菌性能的膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐、原液粘胶、填料进行共混改性后，湿式纺丝得到改性纤维。本发明专利技术的改性纤维应用到水质净化中，可以吸附大量的重金属离子和有机污染物，且保持良好的耐腐蚀性、耐热性、机械强度，克服了传统的改性纤维吸附性差、抗菌除臭耐久性不够的缺陷。

An Antibacterial Deodorizing Modified Fiber for Water Purification and Its Preparation Method

The invention discloses an antimicrobial deodorizing modified fiber for water purification and a preparation method thereof, which relates to the technical field of water purification materials. The modified fibers were treated with glass fibers with excellent properties and bamboo charcoal fibers with excellent anti-bacterial and deodorizing properties. The bamboo charcoal fibers with high adsorption properties were prepared by electrospinning. The modified fibers were prepared by wet spinning after blending with bentonite, quaternary ammonium oxide chitosan salt, raw solution viscose and fillers with good adhesion and anti-bacterial properties. The modified fibers of the invention can adsorb a large number of heavy metal ions and organic pollutants, maintain good corrosion resistance, heat resistance and mechanical strength, overcome the shortcomings of poor adsorption ability and insufficient durability of antimicrobial and deodorization of the traditional modified fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维及其制备方法
本专利技术涉及水质净化材料
，具体涉及一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着工业化进程的持续加快，纺织、金属加工等行业造成了严重的水污染，导致水体中存在大量的重金属离子和有机污染物，严重影响着人们的生活和自然环境，因此迫切需要开发新型多功能、高附加值的过滤材料来应对水污染挑战。静电纺丝是一种制造纳米纤维的高效技术，静电纺纳米纤维复合过滤材料过滤效率高，与传统过滤材料相比，其过滤效率提高了70％及以上。静电纺纳米纤维支架具有低克重、高孔隙率、高渗透性以及孔径可控性的特点，提供了将过滤和吸附的功能结合在一起的平台，可有效去除污染物；利用纳米纤维材料作为过滤材料，能显著提高吸附能力和过滤效率，从而在水质净化、污水处理领域具有重要的应用价值和前景。玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金属材料，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的优点，但是存在性脆、耐磨性差的缺点，应用到水质净化领域，需要进行改性以提高其吸附和过滤性能。公布号CN106637456A的专利公开了一种抗菌防臭、高效除臭纤维素纤维及其制备方法，该纤维中含有的高吸附蛋白粉体和凤尾草提取物使其具有良好的抗菌除臭效果，可广泛用于床上用品、服装和医疗用品领域。但是，专利技术人研究发现，该纤维对重金属离子、有机污染物的吸附性能差，而且抗菌的耐久性不够，不适合应用到水质净化领域中。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维及其制备方法，采用性能优异的玻璃纤维与抗菌除臭性能优异的竹炭纤维碱液处理后，静电纺丝得到高吸附性能的玻璃纤维混纺竹炭纤维，再与良好粘结吸附抗菌性能的膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐、原液粘胶、填料进行共混改性后，湿式纺丝得到改性纤维，得到的改性纤维应用到水质净化中，可以吸附大量的重金属离子和有机污染物，且保持良好的耐腐蚀性、耐热性、机械强度，克服了传统的改性纤维吸附性差、抗菌除臭耐久性不够的缺陷。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维，包括以下重量份的原料：玻璃纤维混纺竹炭纤维120-160份、膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐15-32份、疏松多孔硅微粉6-11份、改性椰碳粉末3-7份、原液粘胶23-36份；所述玻璃纤维混纺竹炭纤维的制备方法包括以下步骤：1)碱液浸泡、干燥：选取单丝直径10-20μm的无碱型铝硼硅酸盐玻璃纤维、单丝直径8-10μm的竹炭纤维，分别放置在5wt％的NaOH水溶液中浸泡20min，再使用蒸馏水冲洗至中性，放入含有5A型分子筛的密闭干燥箱中，待含水量降低至5％以下后取出；2)熔体制备：将玻璃纤维、竹炭纤维、N-甲基吗啉按照质量比1:0.6:8混合后，投入混炼机中混合均匀，再加热至650-800℃使体系受热熔融，0.6MPa的真空度下保温4-6h得到纺丝熔体；3)静电纺丝：将纺丝熔体在电压为35-40KV的高压静电场中纺丝得到玻璃纤维混纺竹炭纤维。本专利技术在对改性纤维的成分进行研究和筛选时，选用玻璃纤维与竹炭纤维静电纺丝得到玻璃纤维混纺竹炭纤维。玻璃纤维具有良好的耐腐蚀性、热稳定性、机械强度，而竹炭纤维由于具有内外贯穿的蜂窝状微孔结构，吸附能力超强，对甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质和粉尘能发挥吸收、分解异味和消臭的作用，吸水后快速易干且不够洗涤次数影响。碱液和蒸馏水冲洗处理过程中，氢氧根与纤维表面的油状、金属等覆盖物反应结合生成水溶性盐，使纤维分子定向排列，改善相容性，再由蒸馏水冲洗去除；干燥后的玻璃纤维、竹炭纤维与阻蚀性溶剂N-甲基吗啉混合、高温加热后，N-甲基吗啉良好的溶解性使玻璃纤维、竹炭纤维稳定分散溶解，形成共混型的纺丝熔体；35-40KV的高压静电场下的静电纺丝，能够喷射出大比表面积、高孔隙率的混纺玻璃纤维竹炭纤维，使得玻璃纤维和竹炭纤维的复合产生较强的协同效应。静电纺丝得到的玻璃纤维混纺竹炭纤维具有多维度的层间结构，层间结构具有多重空隙和网状结构，但粘结性较差，膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐、疏松多孔硅微粉、改性椰碳粉末会在搅拌、均质的工艺条件下，进入层间结构中，并依靠小孔径、膨润土的粘结性，规则有序地分布或粘结在层间结构的空隙中，在发挥吸附作用的同时，氧化壳聚糖季铵盐会透过水中微生物的细胞膜，与细胞内带负电物质结合，使细胞的正常生理功能受到影响，导致水中微生物的大量死亡，起到抗菌抑菌的作用；改性椰炭粉末会发挥缓释柠檬醛精油抗菌并吸附小分子有机物的作用，多种成分与玻璃纤维混纺竹炭纤维协效吸附抗菌除臭。作为本专利技术进一步的方案，所述膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐的制备方法包括以下步骤：1)膨润土酸化：取15g的膨润土原土，加入220g的6wt％的稀盐酸，35℃搅拌均匀，离心分离5min，过滤，干燥得到酸化膨润土；2)液相交联：将16g酸化膨润土、2.5g氧化壳聚糖季铵盐加入180g丙酮中，搅拌均匀，滴加含有0.12g过氧化苯甲酰的丙酮溶液5g，45-55℃搅拌反应2h得到液相交联体系；3)过滤干燥：液相交联体系趁热减压过滤，滤饼使用丙酮淋洗3次后，使用乙酸乙酯-石油醚混合溶液重结晶后，过滤，滤饼于50℃干燥8-10h即可。本专利技术的膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐，膨润土内的两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体层状结构中存在大量的Cu2+、Mg2+、Na+、K+阳离子，酸化后氢离子置换出大量的金属阳离子，使得层状结构与氧化壳聚糖季铵盐在引发剂过氧化苯甲酰的作用下发生交联，同时层状结构中的大量氢离子在水中反应活性、离子交换性提高，可以交换大量的重金属阳离子。作为本专利技术进一步的方案，所述步骤3)乙酸乙酯-石油醚混合溶液中乙酸乙酯与石油醚的体积比为1:3-5，重结晶温度为-5-5℃，重结晶时间为12-16h。作为本专利技术进一步的方案，所述疏松多孔硅微粉为椭球形，其可溶性盐浓度≤15％，平均粒径D50为2.5±0.5μm，比表面积为200±20m2/g。作为本专利技术进一步的方案，所述改性椰炭粉末的制备方法包括以下步骤：1)选取12g椰壳活性炭，高速研磨成粒径为500-800nm的粉体，加入金属氧化物含量≥10％、粘度为20-40mPa·s的液体钡锌稳定剂0.65g、柠檬醛精油0.05g，再加入聚甲基吡咯烷酮0.24g，然后滴加丙酮90mL，70℃高速搅拌后形成混合浆液；2)混合浆液置于真空薄膜蒸发器中，100-120℃加热至丙酮含量＜5％，再送入双螺杆挤出机挤出得到粒度200-400目的改性椰炭粉末。本专利技术的改性椰炭粉末以孔隙发达、吸附性好、强度高、易再生的椰壳活性炭为主要成分，与液体钡锌稳定剂、柠檬醛精油、致孔剂聚甲基吡咯烷酮反应得到。液体钡锌稳定剂会在椰壳活性炭表面形成致密的保护膜，并将柠檬醛精油包裹在椰壳活性炭的多孔结构中，在致孔剂作用下，保护膜会受热形成规则的孔隙，经过挤出工艺后，抗菌性能优异的柠檬醛精油能够沿孔隙缓慢释放到水中，发挥抗菌除臭功效。本专利技术还提供了一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维的制备方法，包括以下步骤：1)共混纺丝液制备：称取玻璃纤维混纺竹炭纤维、膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐、原液粘胶，混合搅拌均匀，再使用注射设备注射疏松多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维，其特征在于，包括以下重量份的原料：玻璃纤维混纺竹炭纤维120‑160份、膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐15‑32份、疏松多孔硅微粉6‑11份、改性椰碳粉末3‑7份、原液粘胶23‑36份；所述玻璃纤维混纺竹炭纤维的制备方法包括以下步骤：1)碱液浸泡、干燥：选取单丝直径10‑20μm的无碱型铝硼硅酸盐玻璃纤维、单丝直径8‑10μm的竹炭纤维，分别放置在5wt％的NaOH水溶液中浸泡20min，再使用蒸馏水冲洗至中性，放入含有5A型分子筛的密闭干燥箱中，待含水量降低至5％以下后取出；2)熔体制备：将玻璃纤维、竹炭纤维、N‑甲基吗啉按照质量比1:0.6:8混合后，投入混炼机中混合均匀，再加热至650‑800℃使体系受热熔融，0.6MPa的真空度下保温4‑6h得到纺丝熔体；3)静电纺丝：将纺丝熔体在电压为35‑40KV的高压静电场中纺丝得到玻璃纤维混纺竹炭纤维。

【技术特征摘要】
1.一种用于水质净化的抗菌除臭改性纤维，其特征在于，包括以下重量份的原料：玻璃纤维混纺竹炭纤维120-160份、膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐15-32份、疏松多孔硅微粉6-11份、改性椰碳粉末3-7份、原液粘胶23-36份；所述玻璃纤维混纺竹炭纤维的制备方法包括以下步骤：1)碱液浸泡、干燥：选取单丝直径10-20μm的无碱型铝硼硅酸盐玻璃纤维、单丝直径8-10μm的竹炭纤维，分别放置在5wt％的NaOH水溶液中浸泡20min，再使用蒸馏水冲洗至中性，放入含有5A型分子筛的密闭干燥箱中，待含水量降低至5％以下后取出；2)熔体制备：将玻璃纤维、竹炭纤维、N-甲基吗啉按照质量比1:0.6:8混合后，投入混炼机中混合均匀，再加热至650-800℃使体系受热熔融，0.6MPa的真空度下保温4-6h得到纺丝熔体；3)静电纺丝：将纺丝熔体在电压为35-40KV的高压静电场中纺丝得到玻璃纤维混纺竹炭纤维。2.根据权利要求1所述的用于水质净化的抗菌除臭改性纤维，其特征在于，所述膨润土交联氧化壳聚糖季铵盐的制备方法包括以下步骤：1)膨润土酸化：取15g的膨润土原土，加入220g的6wt％的稀盐酸，35℃搅拌均匀，离心分离5min，过滤，干燥得到酸化膨润土；2)液相交联：将16g酸化膨润土、2.5g氧化壳聚糖季铵盐加入180g丙酮中，搅拌均匀，滴加含有0.12g过氧化苯甲酰的丙酮溶液5g，45-55℃搅拌反应2h得到液相交联体系；3)过滤干燥：液相交联体系趁热减压过滤，滤饼使用丙酮淋洗3次后，使用乙酸乙酯-石油醚混合溶液重结晶后，过滤，滤饼于50℃干燥8-10h即可。3.根据权利要求2所述的用于水质净化的抗菌除臭改性纤维，其特征在于，所述步骤3)乙酸乙酯-...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市心版图科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44