一种间位芳纶基复合吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种间位芳纶基复合吸附材料及其制备方法和应用，将间苯二胺与间苯二甲酰氯在有机溶剂中进行聚合反应，得到聚合原液；将多巴胺和Tris

【技术实现步骤摘要】
一种间位芳纶基复合吸附材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种间位芳纶基复合吸附材料及其制备方法和应用，属于吸附材料


技术介绍

[0002]在工业污水处理中，常见的方法包括生物降解、化学方法和物理吸附。物理吸附也称为范德华吸附，该过程通过吸附剂分子与被吸附分子之间的相互作用力而达到去除其它化合物或提取被吸附分子的目的。目前主要的吸附剂产品有树脂、改性沸石、活性炭、蒙脱土、粉煤灰、有机膨润土等一系列吸附材料。采用吸附法去除污染水体的有机化合物，不仅得到了广泛的应用，而且经济有效，尤其是在化工厂等大型企业的污水处理过程中具有很好的适用性，可以有效的去除废水中高浓度的有机污染物。
[0003]纳米级活性炭是一种具有巨大比表面积的多孔材料，其物理结构主要是由石墨微晶、单一平面网状碳和无定形碳三部分组成。其主要化学成分包括K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl
‑
等组成。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性3种。酸性表面官能团有羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等，可促进活性炭对碱性物质的吸附；碱性表面官能团主要有吡喃酮（环酮）及其衍生物，可促进活性炭对酸性物质的吸附。但由于纳米级活性炭难以回收处理的问题，限制了其应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种间位芳纶基复合吸附材料及其制备方法和应用，采用间位芳纶纤维作为吸附载体，将间位芳纶与改性后的纳米级活性炭进行复合，通过两者的协同作用吸附工业污水中的有机污染物，而且利于纳米级活性炭的回收及重复利用。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种间位芳纶基复合吸附材料，所述的间位芳纶基复合吸附材料为改性活性炭与间位芳纶的聚合液经纺丝制得，通过多巴胺和Tris
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HCl处理纳米级活性炭，得到改性活性炭。
[0006]本专利技术还公开了所述间位芳纶基复合吸附材料的制备方法，所述的制备方法为：S1、制备聚合原液：将间苯二胺与间苯二甲酰氯在有机溶剂中进行聚合反应，得到聚合原液；S2、活性炭改性：将多巴胺和Tris
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HCl加入到去离子水中得到改性溶液，将纳米级活性炭加入到改性溶液中，进行改性处理，然后固液分离，干燥，得到改性后的纳米级活性炭；将改性后的纳米级活性炭均匀分散在有机溶剂中，得到分散后的改性纳米级活性炭；S3、制备改性间位芳纶原液：将步骤S2得到的分散后的改性纳米级活性炭与步骤S1的聚合原液混合均匀，得到改性间位芳纶原液；S4、制备间位芳纶基复合吸附材料：将改性间位芳纶原液进行纺丝，得到所述的间
位芳纶基复合吸附材料。
[0007]进一步的，步骤S1和S2中，所述有机溶剂为N，N
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二甲基乙酰胺、N，N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种混合。
[0008]进一步的，步骤S1中，所述聚合原液的粘度为400~900 Po；所述聚合原液的分子量为12~20 W。
[0009]进一步的，步骤S1中，所述间苯二胺与间苯二甲酰氯聚合反应结束后，使用氢氧化钠的有机溶剂溶液调节pH为7~8，得到所述聚合原液；将体系调节pH可以避免体系酸性太强，而导致设备受到腐蚀。
[0010]步骤S2中，纳米级活性炭加入到改性溶液中后，用氢氧化钠水溶液调节pH为8~9后，进行改性处理，将pH调至8~9，可以保证纳米级活性炭改性处理的同时，避免导致设备受到腐蚀。
[0011]进一步的，步骤S1中，间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1：（0.995~0.999）；间苯二胺与间苯二甲酰氯的总质量与有机溶剂的质量比为1：（4~6）。
[0012]进一步的，步骤S1中，聚合反应条件为无水反应环境，反应温度为0~10℃。
[0013]进一步的，步骤S2中，多巴胺和纳米级活性炭的质量比为1：（8~12）；多巴胺和去离子水的用量比为1g：（160~240）mL；Tris
‑
HCl在改性溶液中的浓度为8~12mmol
∙
L
‑1；改性后的纳米级活性炭与有机溶剂的质量比为（1~3）：1。
[0014]进一步的，步骤S2中，纳米级活性炭加入到改性溶液中，在常温下震荡4~8小时，完成改性处理；通过离心机实现固液分离，然后对分离出来的固体使用25 wt.%异丙醇水溶液洗涤3次；然后在40~50℃下真空干燥，得到所述改性后的纳米级活性炭。
[0015]进一步的，步骤S2中，将改性后的纳米级活性炭和有机溶剂投入到研磨机研磨1~2小时，得到分散后的改性纳米级活性炭。
[0016]进一步的，步骤S3中，分散后的改性纳米级活性炭与聚合原液的质量比例为1：（45~55）。
[0017]进一步的，步骤S4中，纺丝过程中，泵供量为8~9 r/min；纺速为15~20 m/min。
[0018]本专利技术还公开了所述间位芳纶基复合吸附材料的应用，所述间位芳纶基复合吸附材料应用于污水吸附处理或脱色处理工艺。
[0019]本专利技术的有益效果是：间位芳纶具有耐高温、耐腐蚀、优异的化学稳定性等特质，本专利技术所述方法中，使用间位芳纶作为纳米级活性炭的基体材料，将间位芳纶与改性后的纳米级活性炭进行复合得到的复合吸附材料可以在高温、强碱、强酸等复杂环境中进行应用，利于在复杂工业污水中应用以吸附有机污染物，而且便于纳米级活性炭的回收利用。
[0020]本专利技术所述方法中，通过使用多巴胺对活性炭进行处理，可以有效增强活性炭与间位芳纶纤维的复合性，可以在确保间位芳纶强度要求及纳米级活性炭吸附要求的同时，满足纳米级活性炭与间位芳纶的很好结合，解决纳米级活性炭的回收困难问题。
[0021]本专利技术所述的间位芳纶基复合吸附材料，将间位芳纶与纳米级活性炭通过多巴胺化学的方式进行复合，经多巴胺改性后的纳米级活性炭表面活性官能团的含量增加，因为在纳米级活性炭改性过程中，纳米级活性炭表面会形成聚多巴胺（PDA），聚多巴胺中含有氨基等大量胺类的官能团，这些胺类官能团能够与芳纶纤维基体作用产生氢键。同时，PDA的
高分子链还与芳纶纤维的高分子链段发生缠结和扩散。而且，均匀地附着在活性炭表面的PDA纳米粒子与纳米级活性炭相互作用，使纳米级活性炭在间位芳纶表面粘附性提高。另外，当所述的间位芳纶基复合吸附材料受到载荷时，裂纹会偏转到PDA纳米粒子上，将大裂纹转化为多个小裂纹，使裂纹扩展方向增加而避免应力集中，改变间位芳纶基复合吸附材料界面的失效模式，增强纳米级活性炭在间位芳纶基体中的稳定性。
[0022]本专利技术所述的间位芳纶基复合吸附材料为纳米级活性炭掺杂改性后的芳纶纤维，由于碳组分的增多，以及活性炭与间位芳纶纤维的协同作用，使间位芳纶基复合吸附材料的抗阻燃性能明显提高，氧指数可达到45以上，并测试抗拉强度可达到4.0cN/dtex。
[0023]另外，本专利技术所述方法中，通过控制纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种间位芳纶基复合吸附材料，其特征在于，所述的间位芳纶基复合吸附材料为改性活性炭与间位芳纶的聚合液经纺丝制的，通过多巴胺和Tris
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HCl处理纳米级活性炭，得到改性活性炭。2.一种根据权利要求1所述一种间位芳纶基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：S1、制备聚合原液：将间苯二胺与间苯二甲酰氯在有机溶剂中进行聚合反应，得到聚合原液；S2、活性炭改性：将多巴胺和Tris
‑
HCl加入到去离子水中得到改性溶液，将纳米级活性炭加入到改性溶液中，进行改性处理，然后固液分离，干燥，得到改性后的纳米级活性炭；将改性后的纳米级活性炭均匀分散在有机溶剂中，得到分散后的改性纳米级活性炭；S3、制备改性间位芳纶原液：将步骤S2得到的分散后的改性纳米级活性炭与步骤S1的聚合原液混合均匀，得到改性间位芳纶原液；S4、制备间位芳纶基复合吸附材料：将改性间位芳纶原液进行纺丝，得到所述的间位芳纶基复合吸附材料。3.根据权利要求2所述一种间位芳纶基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2中，所述有机溶剂为N，N
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二甲基乙酰胺、N，N
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二甲基甲酰胺和N
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甲基吡咯烷酮中的任意一种或几种混合。4.根据权利要求2所述一种间位芳纶基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚合原液的粘度为400~900 Po；所述聚合原液的分子量为12~20 W。5.根据权利要求2所述一种间位芳纶基复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述间苯二胺与间苯二甲酰氯聚合反应结束后，使用氢氧化钠的有机溶剂溶液调节pH为7~8，得到所述聚合原液；步骤S2中，纳米级活性炭加入到改性溶液中后，用氢氧化钠水溶液调节pH为8~9后，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋金苓，王福帅，邓书生，刘校志，陈延平，
申请(专利权)人：泰和新材集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：