一種兩性離子交換纖維的制備方法技術

本發明專利技術公開一種兩性離子交換纖維的制備方法，包括胺基化步驟：取適量的聚丙烯腈纖維緩慢加入到適量的有機醇中，并加入定量的胺基化試劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，產物用水洗滌至中性，抽濾晾干，得到胺基化產物；磷酸化步驟：取胺基化產物加入適量的清水和醛鹽溶劑，常溫下攪拌后再加入磷酸化藥劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，結束后除去溶劑，依次用水、鹽酸清洗產物，最后用水洗至中性，得到產物兩性離子交換纖維。本發明專利技術以特定纖維為骨架，通過胺基化和磷酸化兩步反應，形成高選擇性吸附材料，具有制備方法簡單、原料廉價易得、吸附容量大，螯合能力強的特點。

Method for preparing amphoteric ion exchange fiber

The invention discloses a preparation method of an amphoteric ion exchange fiber, including the steps: Taking the aminated polyacrylonitrile fiber amount added slowly to the amount of organic alcohol, amine reagent and adding quantitative, specific temperature and stirring reflux reaction time, the product was washed with water to neutral, dry filtration, obtained amine glycosylation products; Phosphorylation steps: aminated products add water and salt amount of aldehyde solvent, stirring at room temperature after adding phosphorylation agent, specific temperature and stirring reflux reaction time specific, after removing the solvent, in water and hydrochloric acid cleaning products, finally washed with water to neutral product by gender ion exchange fiber. The invention in particular fiber framework, the two step reaction by amine and phosphate, forming high selective adsorption material, has the advantages of simple preparation method, cheap material, large adsorption capacity, the characteristics of strong chelating ability.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于改性離子交換纖維材料的應用領域，尤其涉及一種具有弱酸和弱堿兩種特性、并具有吸附功能和離子交換功能的新型兩性離子交換纖維的制備方法。
技術介紹
離子交換纖維(IEF)是繼顆粒狀離子交換樹脂之后的新一代功能性吸附分離材料。離子交換纖維的直徑大多＜100μm，甚至＜10μm，具有明顯的動力學優勢，它具有交換速度快、有效比表面積大，流體阻力小、再生容易及使用方便等一系列優點。它可以多種形式應用，如纖維、紗線、織物、非織造布等，因而適用于多種方式的離子交換過程?，F已廣泛用于制備電子純水、醫藥用水、生物制劑、工業污水處理、有毒和惡臭氣體吸附、催化劑載體、貴重金屬回收、海洋稀有金屬采集、藥品的分離提取和生物化學等領域，是當今迅速發展的高新技術之一，應用前景十分廣闊。當離子交換纖維跟電解質溶液接觸時，纖維上的離子能跟溶液里的離子作有選擇性的交換。它分陽離子交換纖維、陰離子交換纖維和兩性離子交換纖維。離子交換纖維可用于吸附重金屬及色素，其作為新性功能高分子材料，具有獨特的化學及物理吸附和分離性能，在一些相關領域有著不可替代的作用，是繼活性炭之后發展起來的一種高效吸附材料，因其表面積大、離子交換速度快、易再生、適用性廣泛而成為環境污染治理
的一個研究熱點。離子交換纖維的結構一般由基體纖維和連接在其上的交換基團兩部分組成，其中基體纖維有聚乙烯醇、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯腈、聚氯乙烯-丙烯腈共聚物、纖維素等，離子交換基團有強酸、弱酸、強堿、弱堿、兩性基團等。纖維素是自然界廣泛存在的天然高分子物質，是一種可更新的資源。植物每年通過光合作用，能生產出億萬噸的纖維素。近年來，隨著石油、煤炭儲量的下降，其重要性日益顯著。特別是上世紀80年代以來，隨著各國對環境污染問題的日益關注和重視，迫使人們把注意力重新集中到纖維素這一具有生物可降解性、環境協調性的可再生資源上來。雖然關于離子交換纖維的研究比較多，但是大多數以合成纖維為基體進行接枝改性的，而以纖維素為基體的兩性離子交換纖維相關報道相對較少。
技術實現思路
為了解決目前突發重金屬水污染應急處置技術匱乏、處置材料難于回收等現實問題，本專利技術提供了一種新型兩性離子交換纖維的制備方法；聚丙烯腈纖維是一類數量豐富、來源廣泛、廉價易得的吸附原材料，含有豐富的纖維素，且機械強度高，可以通過化學合成手段在聚丙烯腈纖維上引入一種或多種對重金屬離子(如銅離子等)有很強吸附能力的絡合基團(如羧基和氨基等)，達到快速高效去除重金屬的目的，且制備方法簡單，能夠很好的解決上述問題。本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：一種兩性離子交換纖維的制備方法，該制備方法包括下述步驟：(1)胺基化：取適量的聚丙烯腈纖維緩慢加入到適量的有機醇中，并加入定量的胺基化試劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，產物用水洗滌至中性，抽濾晾干，得到胺基化產物；(2)磷酸化：取胺基化產物加入適量的清水和醛鹽溶劑，常溫下攪拌后再加入磷酸化藥劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，結束后除去溶劑，依次用水、鹽酸清洗產物，最后用水洗至中性，得到產物兩性離子交換纖維。步驟(1)中所述的有機醇為乙二醇、三甘醇、丙三醇中的一種或多種。步驟(1)中所述的胺基化試劑為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一種或多種。步驟(1)中所述的回流反應時間為8～12h，特定溫度為90～100℃。步驟(1)中所述的聚丙烯腈纖維、有機醇與胺基化試劑質量比為1:20～35:4～8。步驟(2)中所述的磷酸化藥劑為亞磷酸；所述的醛鹽溶劑為甲醛、乙醛和丙醛中的一種或多種。步驟(2)中所述的常溫下攪拌時間為5～10min；所述的回流反應時間為12～15h，特定溫度為100～110℃；所述的鹽酸濃度為1～5％。步驟(2)中所述的胺基化產物、磷酸化藥劑和醛鹽溶劑質量比為1:6～10:0.5～1。步驟(2)中所述的兩性離子交換纖維用以吸附Cu2+、Cr6+、Pb2+，吸附率為95.74～98.14％。所述的吸附步驟為：取適量兩性離子交換纖維經一定濃度的HCl或NaOH浸泡活化后，洗凈裝入層析柱，將重金屬溶液經過離子交換纖維進行吸附。本專利技術的有益效果：1)本專利技術提供的聚丙烯腈纖維改性方法簡單，易操作，性能更穩定，節省制備成本；2)該方法制作的離子交換纖維具有弱酸和弱堿兩大特性，吸附重金屬的范圍廣且吸附容量大，尤其針對于重金屬水污染的處理效率高且具有較強的穩定性，在使處理后的廢液實現無害化的同時，也能回收貴重金屬；3)該產品機械和化學穩定性好，使用方法簡單，進一步提高了使用吸附劑的經濟性和環保性。具體實施方式下面對本專利技術的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本專利技術技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本專利技術技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本專利技術的保護范圍中。一種兩性離子交換纖維的制備方法，該方法為選用聚丙烯腈纖維作為原材料，并通過化學改性絡合基團活性單體，使纖維胺基磷酸化后同時具有弱酸和弱堿纖維的特性；本專利技術以特定纖維為骨架，通過胺基化和磷酸化兩步反應，形成高選擇性吸附材料，具有制備方法簡單、原料廉價易得、吸附容量大，螯合能力強的特點，且應用范圍廣，尤其針對于重金屬水污染的處理效率高且具有較強的穩定性，在使處理后的廢液實現無害化的同時，也能回收貴重金屬，并且產品機械和化學穩定性好，使用方法簡單，進一步提高了使用吸附劑的經濟性和環保性。實施例1：(1)胺基化：取聚丙烯腈纖維4g，緩慢加入到100ml乙二醇中攪拌均勻，再加入5ml二乙烯三胺，100℃下回流反應10h，抽濾后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中間產物，加入到100ml水、3g甲醛液，常溫攪拌10min，再加入8g亞磷酸，110℃反應15h，結束后除去溶劑，依次用水，3％鹽酸清洗產物，最后用清水洗至中性得到產物；(3)吸附實驗：取0.5g產物經2％NaOH浸泡活化后，洗凈裝入層析柱，將100mLCu2+溶液(由硝酸銅藥劑配制成的100ppm溶液)經過離子交換纖維吸附，速度2ml/min。過柱出水的Cu2+濃度為2.13ppm,吸附率為97.87％。實施例2：(1)胺基化：取聚丙烯腈纖維4g，緩慢加入到100ml乙二醇中攪拌均勻，再加入5ml乙二胺，100℃下回流反應10h，抽濾后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中間產物，加入到100ml水、3g乙醛液，常溫攪拌10min，再加入8g亞磷酸，110℃反應15h，結束后除去溶劑，依次用水，3％鹽酸清洗產物，最后用清水洗至中性得到產物；(3)吸附實驗：取0.5g產物經2％HCl浸泡活化后，洗凈裝入層析柱，將100mLCr6+溶液(由重鉻酸鉀藥劑配制成的100ppm溶液)經過離子交換纖維吸附，速度2ml/min。過柱出水的Cr6+濃度為3.05ppm,吸附率為96.95％。實施例3：(1)胺基化：取聚丙烯腈纖維4g，緩慢加入到100ml丙三醇中攪拌均勻，再加入5ml乙二胺，100℃下回流反應10h，抽濾后用清水清洗至接近中性后晾干；(2)磷酸化：取胺基化后的中間產物，加入到100ml水、3g乙醛液，常溫攪拌10min，再加入8g亞磷酸，100℃反應15h，結束后除去溶劑，依次用水，3％鹽酸清洗產物，最后用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟：(1)胺基化：取適量的聚丙烯腈纖維緩慢加入到適量的有機醇中，并加入定量的胺基化試劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，產物用水洗滌至中性，抽濾晾干，得到胺基化產物；(2)磷酸化：取胺基化產物加入適量的清水和醛鹽溶劑，常溫下攪拌后再加入磷酸化藥劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，結束后除去溶劑，依次用水、鹽酸清洗產物，最后用水洗至中性，得到產物兩性離子交換纖維。

【技術特征摘要】
1.一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟：(1)胺基化：取適量的聚丙烯腈纖維緩慢加入到適量的有機醇中，并加入定量的胺基化試劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，產物用水洗滌至中性，抽濾晾干，得到胺基化產物；(2)磷酸化：取胺基化產物加入適量的清水和醛鹽溶劑，常溫下攪拌后再加入磷酸化藥劑，特定溫度下攪拌并回流反應特定時間，結束后除去溶劑，依次用水、鹽酸清洗產物，最后用水洗至中性，得到產物兩性離子交換纖維。2.根據權利要求1所述的一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的有機醇為乙二醇、三甘醇、丙三醇中的一種或多種。3.根據權利要求1所述的一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的胺基化試劑為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的回流反應時間為8～12h，特定溫度為90～100℃。5.根據權利要求1所述的一種兩性離子交換纖維的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的聚丙烯腈...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱小平，張勇，吳云，強金鳳，陳婉芳，盧珊珊，
申請(專利權)人：馬鞍山中創環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34