一种去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种同时去除污染物和杀菌消毒的纳米纤维絮凝剂材料及其制备方法，属于环境功能材料合成与应用领域。本发明专利技术采用壳聚糖和丙烯酰胺粉末为基质材料，以三磷酸钠为反应交联剂，通过交联聚合反应和固体接枝聚合反应制备均匀静电纺丝纳米纤维前驱体，然后通过静电纺丝挥发丙酮、醋酸钠和盐酸等溶剂得到比表面积大、功能基团含量高的多孔纳米纤维材料，它的应用特点是能够同时去除水中污染物质且杀菌消毒。该制备方法简单、合成效率高，且能够节约、回收大量溶解、溶胀试剂，实现绿色制备过程，所制备的多孔纳米纤维材料具有高亲水性表面，既能实现水中多种类型污染物质的快速吸附、沉降，又能杀菌消毒，具有非常广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料及其制备方法
本专利技术公开了一种同时去除污染物和杀菌消毒的纳米纤维絮凝剂材料及其制备方法，所制得的多孔纳米纤维材料兼具污染物去除和杀菌消毒功能，属于环境功能材料领域。
技术介绍
当今现代社会的高速发展为人类创造了巨大财富，与此同时，也带来了一些无法预料的污染物质，对人类和生态环境产生了巨大的威胁。工农业及生活污水中产生的大量有毒有害物质及其反应物，已成为人类及其它动植物的最大隐形杀手。因此必须把预防和污染治理放在首位。化学絮凝法由于其简便、廉价、高效等优势，一直是废水处理领域所采用的重要处理手段。而在絮凝处理过程中，絮凝剂的选择在最终水体污染物去除效果中起到至关重要的作用。因此，絮凝剂材料的开发和应用一直是水处理领域的研究热点。目前实际应用最为广泛的絮凝剂材料主要包括无机絮凝剂、生物絮凝剂和高分子絮凝剂三大类。其中，多价金属无机盐，如硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等，具有合成简单、成本低等优点，因此近年来一直被广泛应用。然而这类絮凝剂对水体中胶体污染物的吸附架桥能力较弱，它们在絮凝过程中通常优选用于在带负电荷的胶体颗粒上的吸附，导致不同的表面电荷减少和微絮凝物的形成，往往需要较高的投加量和大剂量的无机共混剂(助凝剂)才能取得良好的絮凝效果，导致大量金属氢氧化物污泥的产生和后续的处理问题，且对低浊度废水处理效果不佳。更为严重的是，处理水中金属浓度(如铝离子和铁离子)的增加可能对人类健康产生严重的影响，残留在水中的金属离子，如铝离子等存在潜在的二次环境污染，在人体中蓄积后可能会威胁脑神经系统和骨骼系统，导致人的早期衰老，引起大脑神经的退化，记忆力衰退，智力和性格也会受到影响，甚至呈现老年性痴呆症状，以及干扰人体内正常的钙、磷新陈代谢等危害；铁离子本身有颜色，增加了废水色度去除和废水回用的难度，并且对废水处理设备具有一定的腐蚀作用，从而限制了其应用范围。因此，急需寻找一种能够去除污染物的高效、节能、绿色的絮凝技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术，提供了一种同时去除污染物和杀菌消毒的纳米纤维絮凝剂材料及其制备方法，其步骤包括：(1)壳聚糖、三磷酸钠、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵依次加入到溶剂中，在10～100℃条件下搅拌溶解1～10h。所述步骤1中的中壳聚糖、三磷酸钠、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵以及溶剂为以下的质量份数：壳聚糖为30～50份、三磷酸钠5～20份、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵5～15份、溶剂为15～60份，溶剂本身为以下的质量份数：丙酮20～50份、盐酸0～10份、醋酸5～20份、醋酸钠0～20份以及去离子水0～75份，壳聚糖的分子量为：50000～150000。(2)向上述溶液中加入丙烯酰胺粉末，在30～150℃条件下，进行接枝聚合反应2～20h；冷却后，将溶液放置在真空干燥箱中1～5h，在20～40℃条件下去除溶液中的气泡，得到静电纺丝前驱液。所述步骤2中丙烯酰胺的添加量与步骤1中溶液的质量比为(0.1～1):1。(3)将上述前驱液转移入静电纺丝注射器内，调节纺丝针头直径、纺丝电压、纺丝速率、环境条件、接收滚筒与针头之间距离等，然后进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维材料。所述步骤3中静电纺丝参数为：纺丝针头直径0.2～2.0mm、纺丝电压5.0～25.0KV、纺丝速率0.1～5.0ml/h、环境条件(空气湿度为20％～70％，温度为20℃～70℃)、接收滚筒与针头之间距离为10～30cm。(4)将上述制备得到的多孔纳米纤维材料浸泡在去离子水中，在15～30℃条件下浸泡10～30min，后再50～60℃条件下烘干。本专利技术提供了一种同时去除污染物和杀菌消毒的纳米纤维絮凝剂材料及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果如下：(1)本专利技术以壳聚糖和丙烯酰胺等为基底进行接枝聚合反应，其形成的高分子聚合絮凝剂材料能被生物降解，能够极大缓解目前无机絮凝剂材料中铁盐和铝盐无法生物降解带来的环境危害性；(2)相对于传统的粉末状絮凝剂材料，本专利技术制备的纤维絮凝材料比表面积高，在水中舒展开来絮凝范围远超传统材料，并且彼此之间容易纠缠、成团，絮凝之后能够快速沉降；(3)本专利技术制备的纤维絮凝材料拉伸强度大，在水中不易破碎、流失，不会形成材料流失造成的二次污染；(4)本专利技术采用静电纺丝制备纤维絮凝材料，在纤维表面及孔表面含有大量羧基、羟基、季胺基、酰胺基等亲水性基团，能够快速吸附大量水溶性污染物质，并且能够在水中快速杀菌消毒。附图说明图1(a-b)分别为本专利技术实施例1～2制备得到的纤维絮凝材料的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例1-8制备得到的纤维絮凝材料絮凝的铜离子去除率示意图。图3为本专利技术实施例1-8制备得到的纤维絮凝材料絮凝的苯酚去除率示意图。图4为本专利技术实施例1-8制备得到的纤维絮凝材料絮凝的杀菌效果示意图。具体实施方式实施例1(1)壳聚糖、三磷酸钠、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵依次加入到溶剂中，其质量份数为：壳聚糖为30份、三磷酸钠5份、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵15份、溶剂为15份，其中，溶剂本身的质量份数为：丙酮20份、盐酸5份、醋酸10份、醋酸钠10份以及去离子水55份，壳聚糖的分子量为：50000，在10～100℃条件下搅拌溶解1h。(2)向上述溶液中加入丙烯酰胺粉末，丙烯酰胺的添加与步骤1中溶液的质量比为1:1，在30℃条件下，进行接枝聚合反应2h；冷却后，将溶液放置在真空干燥箱中1h，在20℃条件下去除溶液中的气泡，得到静电纺丝前驱液。(3)将上述前驱液转移入静电纺丝注射器内，纺丝针头直径0.2mm、纺丝电压5.0KV、纺丝速率0.5ml/h、环境条件(空气湿度为45％，温度为30℃)、接收滚筒与针头之间距离为15cm，然后进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维材料。(4)将上述制备得到的多孔纳米纤维材料浸泡在去离子水中，在20℃条件下浸泡30min，后再50℃条件下烘干。上述制备得到的纤维絮凝材料扫描电镜图如图1(a)所示，取0.1g制得的纤维絮凝材料加入到一升模拟污染废水中，其中铜离子和苯酚浓度均为10ppm，先进行快速搅拌3分钟，后进行慢速搅拌3分钟，然后静置15分钟后测试污染物浓度和计算去除率。实施例2(1)壳聚糖、三磷酸钠、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵依次加入到溶剂中，其质量份数为：壳聚糖为35份、三磷酸钠10份、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵10份、溶剂为45份，其中，溶剂本身的质量份数为：丙酮35份、盐酸5份、醋酸5份、醋酸钠10份以及去离子水45份，壳聚糖的分子量为：50000，在30℃条件下搅拌溶解3h。(2)向上述溶液中加入丙烯酰胺粉末，丙烯酰胺的添加与步骤1中溶液的质量比为0.5:1，在50℃条件下，进行接枝聚合反应5h；冷却后，将溶液放置在真空干燥箱中3h，在25℃条件下去除溶液中的气泡，得到静电纺丝前驱液。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料，其特征在于，它包括以下组分和质量份数：溶液A和丙烯酰胺；/n溶液A组份：壳聚糖为30～50份、三磷酸钠5～20份、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵5～15份、溶剂为15～60份；/n丙烯酰胺与溶液A的质量比为(0.1～1):1。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料，其特征在于，它包括以下组分和质量份数：溶液A和丙烯酰胺；
溶液A组份：壳聚糖为30～50份、三磷酸钠5～20份、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵5～15份、溶剂为15～60份；
丙烯酰胺与溶液A的质量比为(0.1～1):1。


2.根据权利要求1所述的去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料，其特征在于，所述溶剂由以下质量份数组成：丙酮20～50份、盐酸0～10份、醋酸5～20份、醋酸钠0～20份以及去离子水0～75份。


3.根据权利要求1所述的去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料，其特征在于：所述壳聚糖的分子量为：50000～150000。


4.一种去除污染物和杀菌消毒的纤维絮凝材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
步骤一、壳聚糖、三磷酸钠、甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵依次加入到溶剂中，在10～100℃条件下搅拌溶解1～10h得溶液；
步骤二、向步骤一得到的溶液中加入丙烯酰胺粉末，在30～150℃条件下，进行接枝聚合反应2～20h；冷却后，将溶液放置在真空干燥箱中1～5h，在20～40℃条件下去除溶液中的气泡，得到静电纺丝前驱液；
步骤三、将步骤二得到的前驱液转移入静电纺丝注射器内，调节纺丝针头直径、纺丝电压、纺丝速率、环境条件、接收滚筒与针头之间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：王达道，徐志峰，祝烨然，唐修生，李建，陈朝晖，吴亚斌，
申请(专利权)人：安徽瑞和新材料有限公司，南京瑞迪高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34