專利名稱：溫控離子吸附纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫控離子吸附纖維的制備方法，屬輻射化學(xué)及化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
處理含有金屬離子的廢水，常用的方法有電解法、沉淀法、離子交換法等。近年來，接枝改性纖維在金屬離子的回收、濃縮、富集和分離等方面的作用倍受關(guān)注。由于接枝纖維對金屬離子的吸附具有速度快、選擇性高、易洗脫再生等優(yōu)點(diǎn)，因此在金屬資源保護(hù)、工業(yè)廢水處理和海洋資源的利用等方面都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
傳統(tǒng)的金屬離子交換樹脂或纖維，一般都利用強(qiáng)酸、弱酸根對離子進(jìn)行交換，然后采用酸、堿等進(jìn)行解吸附及水洗等工藝再生，同時(shí)回收金屬離子。傳統(tǒng)的離子交換樹脂，無論是廢水處理還是金屬離子的富集、回收，在得到金屬離子和達(dá)標(biāo)水的同時(shí)，會產(chǎn)生大量的酸、堿廢水，還要消耗大量的純水。這樣，不僅造成了大量水資源的浪費(fèi)，也增加了再生的成本。利用接枝改性纖維代替離子交換樹脂，雖然可相應(yīng)減少再生過程中酸、堿的用量，但仍然有廢液產(chǎn)生及純水的消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對離子吸附或交換具有溫度敏感性的接枝改性纖維，利用高溫或降低溫度來達(dá)到吸附與解吸附離子的目的。
本發(fā)明的一種溫控離子吸附纖維的制備方法，主要采用共輻照接枝法，其特征在于，該方法具有如下工藝步驟將聚丙烯纖維浸入特定的接枝液中，然后通過傳輸裝置將反應(yīng)體系送入輻照室進(jìn)行輻照，輻照源采用γ射線，輻照劑量為1-50kGy，最佳為10Kgy；輻照后取出纖維，洗去表面的單體和均聚物，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙稀纖維，接枝液的配方為(重量百分比)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，最佳5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，最佳3％；丙烯酸0-5％，最佳1％；氯化銅CuCl20-0.1％，最佳0.01％；余量為去離子水；接枝率10-100％，最佳25％。
本發(fā)明的又一種溫控金屬離子吸附纖維的制備方法，主要采用預(yù)輻照接枝法，其特征在于，該方法具有如下工藝步驟將聚丙烯纖維通過傳輸裝置送入輻照室進(jìn)行輻照，輻照源采用γ射線，也可以用電子束，輻照劑量為5-200kGy，γ射線輻照的最佳劑量為60Kgy；電子束輻照的最佳劑量為10Kgy；在反應(yīng)器內(nèi)注入接枝液，通入氮?dú)獬?0分鐘，然后將預(yù)輻照纖維浸入接枝液中，再次通氮?dú)獬?0分鐘，然后將反應(yīng)器置于適當(dāng)?shù)臒釡囟葪l件下進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20-90℃，最佳為60℃；反應(yīng)時(shí)間為1-9小時(shí)，最佳為8小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，取出纖維，洗去表面的單體和均聚物，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙稀纖維，接枝液的配方為(重量百分比)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，最佳5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，最佳3％；丙烯酸0-5％，最佳1％；氯化銅CuCl20-0.1％，最佳0.01％；溶劑為去離子水；接枝率10-100％，最佳25％。
本發(fā)明采用輻照接枝法的基本原理如下a.共輻照接枝法制備溫控離子吸附纖維 b.預(yù)輻照接枝法制備溫控離子吸附纖維 上式中，A為聚丙烯，B為具有溫度敏感性的單體，如N-異丙基丙烯酰胺等，采用輻射的方法，將含有胺基、羧基及溫度敏感性的單體接枝于高分子纖維，使聚合物纖維含有某種官能團(tuán)，利用酰胺和羧基等對金屬的絡(luò)合作用及熱敏性聚合物在不同溫度下的親水—疏水的變化，即能在較低的溫度下吸附金屬離子，而在較高的溫度下解吸附。
采用溫度敏感性水凝膠單體接枝改性后的纖維，對離子的吸附(或交換)具有溫度敏感性，利用這一性能可對金屬離子在不同溫度下進(jìn)行吸附與解吸附，也就是說，可利用升高(或降低)溫度來達(dá)到解吸附離子的目的。這不盡省去了酸、堿洗滌過程，縮短了再生所需的時(shí)間，簡化了金屬離子的解吸附工藝，還大大減少了純水的用量。另外，利用纖維在一定溫度下由親水變疏水的特點(diǎn)，對金屬離子解吸附，使高濃度的金屬離子水溶液隨之排出，這樣，更有利于金屬離子的濃縮和回收。


圖1為本發(fā)明共輻照接枝法制備溫控離子吸附纖維的流程示意2為本發(fā)明預(yù)輻照接枝法制備溫控離子吸附纖維的流程示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參見圖1，本實(shí)施例采用共輻照接枝法制備溫控離子吸附纖維將聚丙烯(PP)纖維浸入接枝液中，然后通過傳輸裝置將反應(yīng)體系送入輻照廳輻照，輻照源采用γ-射線，劑量為10kGy。輻照后取出纖維，洗去表面的單體和均聚物，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附-解吸附功能的PP纖維。接枝液的配方為N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)5％，丙烯酰胺(AAm)3％，丙烯酸為1％；氯化銅CuCl2為0.01％，溶劑為去離子水。接枝率25為宜。
實(shí)施例二參見圖2，本實(shí)施例采用預(yù)輻照接枝制備溫控離子吸附纖維將聚丙烯(PP)纖維通過輻照傳輸裝置引入輻射場進(jìn)行輻照，輻照源采用γ-射線，劑量為60kGy。在反應(yīng)器內(nèi)注入接枝液，通氮除氧10分鐘后將預(yù)輻照的纖維浸入接枝液中，再次通氮除氧10分鐘，然后將反應(yīng)器置于適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，取出纖維，洗去其表面的均聚物及單體，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附-解吸附功能的PP纖維。接枝液的配方為N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)5％；丙烯酰胺(AAm)3％；丙烯酸(AAc)1％；硫酸亞鐵(FeSO4)0.01％，溶劑為去離子水。接枝率25％。
對離子吸附纖維進(jìn)行了一些應(yīng)用試驗(yàn)，其結(jié)果如下1.接枝纖維對廢水中重金屬離子的處理通過試驗(yàn)，對廢水中重金屬如Zn2+、Cd2+、Hg2+、Cr6+、U6+、Pb3+、Cu2+、Fe2+等的去除選用纖維的接枝率為30％；溶液的pH為1-6，最佳為1，溫度為5-30℃，最佳20℃；纖維的吸附容量約0.1-1mmol/g，最大1mmol/g；吸附后廢水中離子的濃度可降至2-4mg/L以下。
2.解吸附及濃縮過程的試驗(yàn)在pH＝3-10的水溶液中進(jìn)行，最佳為pH＝7；溫度40-60℃，最佳50℃。某些經(jīng)多次解吸附后濃縮液中離子濃度可達(dá)1000mg/L以上。解吸附后的接枝纖維可反復(fù)使用。
接枝率為25％時(shí)的接枝纖維在不同PH下對Fe2+離子的吸附率(20℃，靜態(tài)吸附5h)見表一，表一

接枝率(NIPAAm+AAm)為25％的接枝纖維在pH＝3時(shí)對Fe2+離子的解吸附濃縮情況(50℃，靜態(tài)解吸附1h)，見表2。
表2

由上兩表可知，F(xiàn)e2+離子在較低溫度20℃下的吸附最適宜，而在50℃下解吸附最適宜，這是溫控離子吸附纖維的功能特性。
3.接枝纖維對電鍍(鍍鉻、鋅等)液中Fe2+離子的選擇性吸附選用纖維的接枝率為30％；在pH≤1的條件下，接枝纖維對Fe2+離子的吸附能力大于Zn2+等離子的吸附能力，當(dāng)電鍍液中Fe2+離子的濃度過高而影響電鍍質(zhì)量時(shí)，可采用接枝纖維對電鍍液進(jìn)行處理，使Fe2+離子的濃度降到允許的范圍內(nèi)。除Fe2+離子時(shí)的溫度為20℃。解吸附時(shí)的溫度為50℃。
權(quán)利要求
1.一種溫控離子吸附纖維的制備方法，主要采用共輻照接枝法，其特征在于，該方法具有如下工藝步驟將聚丙烯纖維浸入特定的接枝液中，然后通過傳輸裝置將反應(yīng)體系送入輻照室進(jìn)行輻照，輻射源采用γ射線，輻照劑量為1-50kGy，最佳為10Kgy輻照后取出纖維，洗去表面的單體和均聚物，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙稀纖維，接枝液的配方為(重量百分比)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，最佳5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，最佳3％；丙烯酸0-5％，最佳1％；氯化銅CuCl20-0.1％，最佳0.01％；溶劑為去離子水；接枝率10-100％，最佳25％。
2.一種溫控金屬離子吸附纖維的制備方法，主要采用預(yù)輻照接枝法，其特征在于，該方法具有如下工藝步驟將聚丙烯纖維通過傳輸裝置送入輻照室進(jìn)行輻照，輻射源采用γ射線，也可以用電子束，輻照劑量為5-200kGy，γ射線輻照的最佳劑量為60Kgy；電子束輻照的最佳劑量為10Kgy；在反應(yīng)器內(nèi)注入接枝液，通入氮?dú)獬酰賹㈩A(yù)輻照纖維浸入接枝液中，通氮?dú)獬?0分鐘，然后將反應(yīng)器置于適當(dāng)?shù)募盁釡囟葪l件下進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)溫度為20-90℃，最佳為60℃；反應(yīng)時(shí)間為1-9小時(shí)，最佳為8小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，取出纖維，洗去表面的單體和均聚物，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙稀纖維，接枝液的配方為(重量百分比)N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm)3-12％，最佳5％；丙烯酰胺(AAm)1-8％，最佳3％；丙烯酸0-5％，最佳1％；氯化銅CuCl20-0.1％，最佳0.01％；溶劑為去離子水；接枝率10-100％，最佳25％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫控離子吸附纖維的制備方法，屬輻射化學(xué)及化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要采用共輻照接枝法和預(yù)接枝法；共輻照接枝將聚丙烯纖維浸入特定的接枝液中，然后通過傳輸裝置將反應(yīng)體系送入輻照室進(jìn)行輻照，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙烯纖維；預(yù)輻照接枝先將聚丙烯纖維進(jìn)行輻照，然后浸入除氧的接枝液，再次通氮除氧，在封閉的反應(yīng)器內(nèi)于一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，即可得到接枝改性的具有溫控離子吸附—解吸附功能的聚丙烯纖維。本發(fā)明的溫控離子吸附纖維對離子的吸附具有溫度敏感性，可對金屬離子在不同溫度下進(jìn)行吸附與解吸附，簡化了生產(chǎn)工藝過程。
文檔編號D06M14/00GK1584188SQ20041002512
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者陳捷, 楊黎明, 裴勇 申請人:上海大學(xué)