由聚乳酸制備的水體凈化基體材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料和化工等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及由聚乳酸制備的水體凈化基體材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在近年來環(huán)境問題以及相關(guān)的水體凈化問題日益引起社會(huì)的重視，相應(yīng)的環(huán)保材料的研究也成為科研及工業(yè)界的熱門領(lǐng)域。作為重要的環(huán)保材料種類之一，水體凈化材料的研發(fā)，設(shè)計(jì)和滿足功能需求上發(fā)展迅速，但是隨著環(huán)境問題日益嚴(yán)重，水體凈化材料的發(fā)展和革新還有很大的提升空間。目前較為常用的水體凈化材料，可分為物理凈化，化學(xué)凈化和生物凈化等幾個(gè)種類。物理凈化主要是采用物理吸附污染物，其代表性的材料為陶瓷微粒，離子交換樹脂，活性炭，麥飯石等?；瘜W(xué)凈化主要是通過化學(xué)反應(yīng)消除水體中的污染物，如使用較多的次氯酸。生物材料主要是利用生物對(duì)水體中的污染物進(jìn)行氧化分解，從而達(dá)到凈化水體的目的。
[0003]目前的物理吸附材料的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于凈化材料的使用壽命和再生性能，以及在實(shí)際使用過程中的失效指示。以活性炭為例，活性炭的多孔結(jié)構(gòu)具有良好的吸附性能，但是多孔結(jié)構(gòu)吸附目標(biāo)污染物到一定程度時(shí)，會(huì)因吸附飽和而失效，因此活性炭作為耗材，一方面具有較高的成本，另一方面在日常使用中，一般用戶很難判斷吸附是否已經(jīng)飽和，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或固定時(shí)間更換，從而影響使用效果。
[0004]化學(xué)凈水物質(zhì)和工藝目前原理都比較成熟，但是也存在與其他凈化材料有效復(fù)合的問題，例如，如果將催化劑附著在物理吸附材料上，會(huì)占用吸附材料的比表面積，影響吸附效果。因此目前常規(guī)的做法是在水體凈化設(shè)備中，將化學(xué)吸附做成獨(dú)立凈化模塊，這樣雖然可以保證凈化效果，但是增加了方案設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了使用聚乳酸作為水體凈化的基體材料，其目的在于利用聚乳酸的可降解性，生物相容性，以及作為樹脂材料的良好加工性來實(shí)現(xiàn)達(dá)到有效的水體凈化性能的同時(shí)，克服以上材料的缺點(diǎn):
I)聚乳酸在自然條件可自動(dòng)降解，該性能提供了三種優(yōu)勢:一，使用聚乳酸制備的高比表面積吸附材料，在自身的表面積吸附污染物的同時(shí)，降解會(huì)在材料表面產(chǎn)生新的缺陷、孔洞等，這樣就提供了新的吸附空間，比較活性炭等材料簡而易見具有更長的使用壽命，到達(dá)吸附飽和的時(shí)間更久；二，聚乳酸的降解是宏觀可觀測的，因此具有良好的失效指示效果，能夠使使用者可以通過肉眼觀測，失重稱量的方法，簡易判斷失效。
[0006]2)聚乳酸作為生物基樹脂，有良好的生物相容性，可以使用在多種場合和環(huán)境下，例如食品級(jí)的濾水設(shè)備，而沒有健康危害。
[0007]3)聚乳酸作為樹脂材料，具有良好加工性，可以比較容易的加工制備成所需的形狀及結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以利用樹脂改性加工技術(shù)，在聚乳酸基體中混入其他有效成分，例如針對(duì)特定污染物的吸附或催化物質(zhì)，使得該凈化基體材料可以和其他材料有效復(fù)合。以離子交換樹脂為例，同為樹脂的離子交換樹脂和聚乳酸樹脂可以很容易加工成同一部件，聚乳酸吸附的同時(shí)離子交換樹脂可發(fā)揮自身功能實(shí)現(xiàn)水體凈化，在聚乳酸降解的過程，基體內(nèi)混摻的離子交換樹脂不斷暴露出來參與凈化過程，類似該原理的復(fù)合水體凈化材料有很大發(fā)展空間。
[0008]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案:
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:
I)選用分子量3000以上的純聚乳酸或改性聚乳酸樹脂，依據(jù)使用要求加工制備成為具有高比表面積的物理吸附材料，包括多孔形態(tài)，膜形態(tài)，紡絲線團(tuán)形態(tài)，或顆粒形態(tài)四種。
[0009]2)多孔形態(tài)的聚乳酸由粒子浙洗法，氣相鼓泡法，固相粒子升華法等工藝方法制備。
[0010]3)膜形態(tài)的聚乳酸由熔體吹膜法或溶液澆膜法制備。
[0011]4)線團(tuán)形態(tài)聚乳酸由紡絲工藝制備成絲后混纏制備。
[0012]5)顆粒形態(tài)的聚乳酸可由傳統(tǒng)塑料造粒工藝制備。
[0013]6)以上形態(tài)的聚乳酸可根據(jù)需要做表面粗糙處理，例如采用化學(xué)刻蝕法或物理鑿磨，以增大比表面積，增強(qiáng)吸附性能。
[0014]7)基體聚乳酸可根據(jù)需要，通過高分子共混改性工藝加入其它凈化成本，如離子交換樹脂，催化劑，化學(xué)藥物，或別種物理凈化材料等，以實(shí)現(xiàn)孔氣凈化材料的復(fù)合。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]實(shí)施例一:
高比表面積多孔聚乳酸水體吸附凈化材料
選用分子量100000左右的聚乳酸樹脂，采用粒子浙洗法制備成為具有多孔結(jié)構(gòu)的材料，具體工藝為:
I)將聚乳酸樹脂溶于氯仿中制成溶液。
[0018]2)篩取500納米的氯化鈉微粒，超聲分散后得到小顆粒氯化鈉微粒堆。
[0019]3)將聚乳酸的氯仿溶液澆注在氯化鈉堆上，室溫下置放至溶劑揮發(fā)陰干。
[0020]4)將得到聚乳酸氯化銨共混固體用水浙洗至氯化銨溶解析出，得到微觀孔徑500納米以下的多孔材料。
[0021]5)將微觀多孔材料采用機(jī)械方法制備得到宏觀多孔材料，得到最終具有物理吸附性能的水體過濾材料。
[0022]實(shí)施例二:
表面粗糙處理的高比表面積膜狀聚乳酸水體吸附凈化材料
I)選用適合制膜的聚乳酸樹脂(例如牌號(hào)4032D)，加熱至160攝氏度熔融后澆注在聚四氟乙烯板上，均勻吹風(fēng)分散以控制膜厚度，并在室溫下冷卻凝固。
[0023]2)將得到的聚乳酸薄膜浸入0.lmol/L NaOH溶液中，在40攝氏度下降解刻蝕10分鐘，取出后用水清洗干凈，得到表面粗糙的聚乳酸薄膜。
[0024]3)將刻蝕后的聚乳酸薄膜折疊冷壓成型，得到表面粗糙處理的高比表面積膜狀聚乳酸水體吸附凈化材料。
[0025]實(shí)施例三:
攜帶活性炭的高比表面積紡絲線團(tuán)聚乳酸水體吸附凈化材料
I)選用適合紡絲的聚乳酸樹脂(例如牌號(hào)6302D)，與活性炭顆粒按10:1比例共混均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)共混造粒。
[0026]2)將攜帶活性炭的聚乳酸樹脂通過樹脂紡絲工藝制備成直徑0.5-lmm的纖維。
[0027]3)將樹脂纖維混纏冷壓成高比表面積的線團(tuán)固態(tài)形狀。
[0028]4)將線團(tuán)固體浸入0.lmol/L NaOH溶液中，在40攝氏度下降解刻蝕30分鐘，取出后用水清洗干凈，最終得到表面粗糙的，攜帶活性炭的高比表面積紡絲線團(tuán)聚乳酸水體吸附凈化材料。
[0029]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由聚乳酸制備的水體凈化基體材料，其特征在于利用聚乳酸的可降解性，在實(shí)現(xiàn)物理吸附功能的同時(shí)，使用過程中可生成新的吸附空間，從而避免或延遲因吸附飽和而失效。
2.如權(quán)利要求1如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于利用其可降解特性，可以在使用過程中，通過形態(tài)觀測或失重稱量，來判斷材料的吸附飽和程度以及判斷是否失效。
3.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于制備為多孔材料形態(tài)，其具有高比表面積可用于物理吸附。
4.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于制備為膜形態(tài)，其具有高比表面積可用于物理吸附。
5.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于制備為紡絲線團(tuán)形態(tài)，其具有高比表面積可用于物理吸附。
6.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于制備為顆粒形態(tài)，其具有高比表面積可用于物理吸附。
7.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于材料表面經(jīng)化學(xué)刻蝕或物理鑿刻方法做粗糙處理，以提高比表面積，用于物理吸附。
8.如權(quán)利要求1，2如述的聚乳酸水體凈化基體材料，其特征在于利用其良好加工性實(shí)現(xiàn)與他種水體凈化材料的共混搭載。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由聚乳酸制備的水體凈化基體材料。其目的在于利用聚乳酸的可降解性，生物相容性，以及作為樹脂材料的良好加工性來實(shí)現(xiàn)達(dá)到有效的水體凈化性能的同時(shí)，克服其他類似材料吸附飽和失效，失效指示困難，以及與他種凈化材料有效復(fù)合的問題。技術(shù)方案為：1）選用純聚乳酸或改性聚乳酸樹脂，依據(jù)使用要求加工成為多孔，膜，紡絲線團(tuán)，或顆粒形態(tài)。2）以上形態(tài)的聚乳酸可根據(jù)需要做表面粗糙處理，例如采用化學(xué)刻蝕法或物理鑿磨，以增大比表面積，增強(qiáng)吸附性能。3）基體聚乳酸可根據(jù)需要，通過高分子共混改性工藝加入別種物理凈化材料等，以實(shí)現(xiàn)水體凈化材料的復(fù)合。
【IPC分類】B01J20-26, C02F1-28
【公開號(hào)】CN104692482
【申請?zhí)枴緾N201310640819
【發(fā)明人】黃然
【申請人】黃然
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月4日