專(zhuān)利名稱(chēng)：具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
具有吸附能力的纖維制品是エ業(yè)生產(chǎn)中需求的重要材料。ZL201010528241. 5公開(kāi)了ー種聚丙烯腈/羥基磷灰石復(fù)合吸附纖維及其制備方法，將羥基磷灰石與聚丙烯腈溶液復(fù)合，通過(guò)濕法紡絲法制備具有重金屬離子吸附功能的聚丙烯腈/羥基磷灰石復(fù)合纖維狀的重金屬離子吸附劑，對(duì)Cd2+吸附量為O. 29 132. 28mg/g，可以應(yīng)用于水質(zhì)凈化領(lǐng)域 。ZL200810053621. O報(bào)道了一種有機(jī)物吸附纖維的制造方法，采用甲基丙烯酸正丁酷、丙烯腈、分散劑、引發(fā)劑制造樹(shù)脂和紡絲原液，將所得紡絲原液利用溶液法紡絲エ藝紡絲，制得初生纖維；、進(jìn)行拉伸后處理，得到所述的有機(jī)物吸附纖維，所制得的纖維為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有良好的有機(jī)物吸附性和力學(xué)性能。纖維素(Cellulose)是自然界中廣泛存在的可再生材料，具有成本低廉、容易降解對(duì)環(huán)境無(wú)污染的特點(diǎn)。纖維素(cellulose)由葡萄糖組成的大分子多醣，分子中具有大量的羥基集団，是ー種潛在的選擇性吸附材料。ZL 200410019876. 7公開(kāi)了ー種載鐵球形纖維素吸附劑及其制備方法，采用球形纖維素為載體，具高吸附活性的鐵的氫氧化物為吸附活性中心可以去除飲用水源中的神、氟和其他重金屬。ZL 200610050833. 4公開(kāi)了ー種網(wǎng)絡(luò)狀大孔結(jié)構(gòu)纖維素吸附與轉(zhuǎn)印膜的制備方法，將纖維素溶于有機(jī)溶劑中，加入添加劑和非溶劑水得到纖維素制膜液；將制膜液用刮刀刮在潔凈平整的玻璃板上自然揮發(fā)溶剤，直至固化成多孔膜。該發(fā)明纖維素形成的孔為微米級(jí)孔隙，本發(fā)明與該技術(shù)相比，由于吸附劑中的纖維素形成了納米孔隙結(jié)構(gòu)，具有更大的吸附比面積，因此具有更好的吸附性。ZL200710023487. 5公開(kāi)了ー種基于纖維素的吸附材料的制備方法，將纖維素用氫氧化鈉溶液堿化后，與丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧こ基三甲基氯化銨聚合得到纖維素吸附劑，結(jié)果表明對(duì)金屬離子具有良好的吸附性。多孔氧化娃是一種良好的吸附材料，ZL200610040748. X公開(kāi)了一種以三嵌段共聚物P123的高濃度溶液為模板劑、正硅酸こ酯(TEOS)為硅源、在酸性體系中快速制備有序介孔氧化娃的方法，具有較好的吸附能力。ZL200710066266. 6公開(kāi)了ー種有序雙介孔氧化硅材料，采用正硅酸こ酯和氯化-I-十六烷基-3-甲基咪唑在單分散的聚甲基丙烯酸甲酯微膠體乳球的酸性水溶液中的自組裝，通過(guò)快速減壓抽濾，焙燒脫除有機(jī)模板制備而成，該材料具有較高的吸附性能和特殊的孔徑尺度分布范圍，可用于制備催化劑和吸附劑。ZL200910229181.4公開(kāi)了ー種形貌可控的單分散介孔ニ氧化硅納米顆粒及其制備方法。采用用硅酸鈉作硅源、用陽(yáng)離子表面活性劑作模板劑，可直接合成所需形貌且尺寸分布単一的介孔ニ氧化硅納米顆粒，可用作多肽類(lèi)藥物分子的分離和吸附以及催化反應(yīng)的納米反應(yīng)器等方面。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，所制備的纖維素硅酸鹽插層復(fù)合多孔吸附膜具有非常高的表面積和很強(qiáng)的吸附能力，而且所制備的材料為纖維結(jié)構(gòu)，便于在工程中的使用。此外，制備過(guò)程中纖維素在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)生成纖維素氨基甲酸酷，可以與氧化硅前驅(qū)體水解生成的低聚物通過(guò)氫鍵自組裝的方式形成單分散的超分子結(jié)構(gòu)，并在表面活性劑作用下形成高度分散的納米結(jié)構(gòu)，因此，所制備的纖維素硅酸鹽插層復(fù)合多孔吸附膜兼具層狀硅酸鹽和纖維素兩種吸附特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的g在提供ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維及其制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
ー種具有吸附性的納米復(fù)合纖維，其特征在于它是氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維，由氫氧化鈉、尿素、纖維素、 氧化硅前驅(qū)體、非離子表面活性剤、こ醇和水組成混合溶液，經(jīng)過(guò)噴絲，在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡纖維素再生、熱處理和去除表面活性剤，得到的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維，其中所述的混合溶液中氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02 :0. 01 0. I 1 :0. 01-0. 05 :0. 5 :0. 05;所述的纖維素為聚合度300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種；所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基硅烷中的任意ー種；所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127、P123、P56 中的任意ー種。本氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維制備過(guò)程中，在混合溶液中氧化硅前驅(qū)體水解并在表面活性劑作用下發(fā)生相分離；同時(shí)在溶液的強(qiáng)堿性條件下纖維素表面功能團(tuán)化形成纖維素氨基甲酸酷，與形成的氧化硅低聚物發(fā)生氫鍵自組裝在溶液中形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過(guò)紡絲、纖維素再生、熱處理和去除表面活性剤，得到氧化硅/纖維素納米復(fù)合纖維。本發(fā)明的ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維的制備方法，它包括如下步驟
1)制備功能團(tuán)化纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液逐步將氫氧化鈉、尿素、纖維素加入水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入氧化硅前驅(qū)體、こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入表面活性齊U，攪拌2小時(shí)；其中氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為 O. 02 0. 01 0. I 1 0. 01-0. 05 0. 5 0. 05 ；
2)制備氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維將步驟I)制備的功能團(tuán)化纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使步驟I)中纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面活性剤，風(fēng)干I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維。本發(fā)明的復(fù)合纖維的制備方法中所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基娃燒中的任意一種。本發(fā)明的復(fù)合纖維的制備方法中所述的纖維素為聚合度300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種。本發(fā)明的復(fù)合纖維的制備方法中所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127 (聚氧こ烯-聚氧丙烯聚合)，P123、P56 (聚環(huán)氧こ烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧こ烯醚三嵌段聚合物)中的任意ー種。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1)所制備的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維具有非常高的表面積和很強(qiáng)的吸附能力。制備過(guò)程中纖維素在強(qiáng)堿性條件下反應(yīng)生成纖維素氨基甲酸酷，可以與氧化硅前驅(qū)體水解生成的低聚物通過(guò)氫鍵自組裝的方式形成單分散的超分子結(jié)構(gòu)，并在表面活性劑作用下形成高度分散的納米結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮體系中各組分的吸附性。3)氧化硅表面的羥基基團(tuán)和纖維素表面的氫鍵、羥基基團(tuán)使氧化硅和纖維素納米復(fù)合吸附劑可以選擇性吸附醛類(lèi)物質(zhì)。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)ー步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。 實(shí)施例I
O按氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02 O. 01 :0. I 1 :0. 01 :0. 5 :0. 05的比例，逐步將20克氫氧化鈉、10克尿素、100克聚合度DP=400的木漿纖維素加入1000克水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入10克正硅酸こ酷、500克こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入50克非離子表面活性劑F108，攪拌2小時(shí)，得到功能團(tuán)化木漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；
2)將上述功能團(tuán)化木漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O.5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使功能團(tuán)化木漿纖維素再生為木漿纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理再生木漿纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面活性劑，風(fēng)干I小時(shí)后獲得氧化硅與木漿纖維素納米復(fù)合纖維。將制備的氧化硅與木漿纖維素納米復(fù)合纖維置于含O. I摩爾/升Cu2+、O. I摩爾/升Pb2+、0. I摩爾/升Cd2+重金屬鹽的水溶液中O. 5分鐘，取出進(jìn)行元素分析，每克氧化硅與木漿纖維素納米復(fù)合纖維對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2的吸附量分布為343毫克、312毫克、297毫克；取IOg氧化硅與木漿纖維素納米復(fù)合纖維置于500升玻璃密封艙中，用移液管量取Ig甲醛加入到玻璃密封艙，采用Interscan4160型甲醒分析儀分析倉(cāng)中甲醒濃度,2分鐘中甲醒濃度為 I. 67mg/m3, 24 小時(shí)后為 O. 15 mg/m3。實(shí)施例2
O按氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02 O. 01 :0. I 1 :0. 05 :0. 5 :0. 05的比例，逐步將30克氫氧化鈉、15克尿素、150克聚合度DP=400的蘆葦漿纖維素加入1500克水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入75克四甲氧基硅烷、750克こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入75克非離子表面活性劑F127，攪拌2小時(shí)，得到功能團(tuán)化蘆葦漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；
2)將上述功能團(tuán)化蘆葦漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使功能團(tuán)化蘆葦漿纖維素再生為蘆葦漿纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理后再生蘆葦漿纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面活性剤，風(fēng)干I小時(shí)后獲得氧化硅與蘆葦漿纖維素納米復(fù)合纖維。將制備的氧化硅于蘆葦漿纖維素納米復(fù)合纖維置于含O. I摩爾/升Cu2+、0. I摩爾/升Pb2+、0. I摩爾/升Cd2+重金屬鹽的水溶液中O. 5分鐘，取出進(jìn)行元素分析，每克氧化硅與木漿纖維素納米復(fù)合纖維對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2的吸附量分布為273毫克、278毫克、265毫克；取IOg氧化硅與蘆葦漿纖維素納米復(fù)合纖維置于500升玻璃密封艙中，用移液管量取Ig甲醛加入到玻璃密封艙,采用Interscan4160型甲醛分析儀分析倉(cāng)中甲醛濃度，2分鐘中甲醛濃度為 I· 64mg/m3, 24 小時(shí)后為 O. 02 mg/m3。實(shí)施例3
O按氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02 O. 01 0. I 1 :0. 02 :0. 5 :0. 05的比例，逐步將40克氫氧化鈉、20克尿素、200克DP=600的棉漿纖維素加入2000克水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入40克正硅酸こ酷、1000克こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入100克非離子表面活性劑P123，攪拌2小時(shí)，得到功能團(tuán)化棉漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；
2)將上述功能團(tuán)化棉漿纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使功能團(tuán)化棉漿纖維素再生為棉漿纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理后再生棉漿纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面 活性剤，風(fēng)干I小時(shí)后獲得氧化硅/棉漿纖維素納米復(fù)合纖維。將制備的氧化硅與棉漿纖維素納米復(fù)合纖維置于含O. I摩爾/升Cu2+、O. I摩爾/升Pb2+、0. I摩爾/升Cd2+重金屬鹽的水溶液中O. 5分鐘，取出進(jìn)行元素分析，每克多孔氧化硅/木漿纖維素納米復(fù)合纖維對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2的吸附量分布為284毫克、263毫克、272毫克；取IOg氧化硅與棉漿纖維素納米復(fù)合纖維置于500升玻璃密封艙中，用移液管量取Ig甲醒加入到玻璃密封艙，采用Interscan4160型甲醒分析儀分析倉(cāng)中甲醒濃度,2分鐘中甲醛濃度為I. 59mg/m3，24小時(shí)后為O. 07 mg/m3。實(shí)施例4:
O按氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02
O.01 :0. I 1 :0. 03 :0. 5 :0. 05的比例，逐步將20克氫氧化鈉、10克尿素、100克DP=300的粘膠纖維素加入1000克水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫,加入30克四甲氧基娃燒、500克こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入50克非離子表面活性劑P56，攪拌2小時(shí)，得到功能團(tuán)化粘膠纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液；
2)將上述功能團(tuán)化粘膠纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使功能團(tuán)化粘膠纖維素再生為粘膠纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理后再生粘膠纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面活性剤，風(fēng)干I小時(shí)后獲得多孔氧化硅/粘膠纖維素納米復(fù)合纖維。將制備的氧化硅與粘膠纖維素納米復(fù)合纖維置于含O. I摩爾/升Cu2+、O. I摩爾/升Pb2+、0. I摩爾/升Cd2+重金屬鹽的水溶液中O. 5分鐘，取出進(jìn)行元素分析，每克多孔氧化硅/木漿纖維素納米復(fù)合纖維對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2的吸附量分布為295毫克、287毫克、291毫克；取IOg多孔氧化硅/棉漿纖維素納米復(fù)合纖維置于500升玻璃密封艙中，用移液管量取Ig甲醒加入到玻璃密封艙，采用Interscan4160型甲醒分析儀分析倉(cāng)中甲醒濃度,2分鐘中甲醒濃度為I. 59mg/m3,24小時(shí)后為O. 11 mg/m3。本發(fā)明制備過(guò)程中各原料配比的上限、下限值以及區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及纖維素、氧化硅前驅(qū)體、表面活性劑各自的具體原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.ー種具有吸附性的納米復(fù)合纖維，其特征在于它是氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維，由氫氧化鈉、尿素、纖維素、氧化硅前驅(qū)體、非離子表面活性剤、こ醇和水組成混合溶液，經(jīng)過(guò)噴絲，在O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡纖維素再生、熱處理和去除表面活性剤，得到的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維，其中所述的混合溶液中氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比為O. 02 :0. 01 0. I 1 =0.01-0. 05 :0. 5 :0.05;所述的纖維素為聚合度300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種；所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基硅烷中的任意ー種；所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127、P123、P56 中的任意ー種。
2.ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于它包括如下步驟 1)制備功能團(tuán)化纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液逐步將氫氧化鈉、尿素、纖維素加入水中，回流4小時(shí)后冷卻至室溫，加入氧化硅前驅(qū)體、こ醇攪拌2小時(shí)；然后加入表面活性齊U，攪拌2小時(shí)；其中氫氧化鈉尿素纖維素水氧化硅前驅(qū)體こ醇表面活性劑重量比 為 O. 02 0. 01 0. I 1 0. 01-0. 05 0. 5 0. 05 ； 2)制備氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維將步驟I)制備的功能團(tuán)化纖維素和氧化硅前驅(qū)體混合溶液用紡絲設(shè)備噴絲，進(jìn)入O. 5摩爾/升的硫酸中浸泡O. 5小時(shí)使步驟I)中纖維素生成的纖維素氨基甲酸酯再生為纖維素，然后在95°C熱處理I小時(shí)，之后在質(zhì)量倍數(shù)為熱處理纖維素10倍的こ醇中浸泡2小時(shí)去除表面活性剤，風(fēng)干I小時(shí)后獲得氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維制備方法，其特征在于所述的氧化硅前驅(qū)體為正硅酸こ酷、四甲氧基硅烷中的任意ー種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維制備方法，其特征在于所述的纖維素為聚合度300-600的粘膠纖維、棉漿、木漿、蘆葦漿中的任意ー種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維制備方法，其特征在于所述的表面活性劑為非離子表面活性劑F108、F127、P123、P56中的任意ー種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維及其制備方法。具有吸附性的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維，由氫氧化鈉、尿素、纖維素、氧化硅前驅(qū)體、非離子表面活性劑、乙醇和水組成混合溶液，在混合溶液中氧化硅前驅(qū)體水解并在表面活性劑作用下發(fā)生相分離；同時(shí)在溶液的強(qiáng)堿性條件下纖維素表面功能團(tuán)化形成纖維素氨基甲酸酯，與形成的氧化硅低聚物發(fā)生氫鍵自組裝在溶液中形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過(guò)噴絲、在0.5摩爾/升的硫酸中浸泡纖維素再生、然后熱處理和去除表面活性劑，得到氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維。本發(fā)明制備的氧化硅與纖維素納米復(fù)合纖維多孔具有良好的物理吸附特性，并選擇性吸附醛類(lèi)、重金屬鹽等物質(zhì)。
文檔編號(hào)B01J20/24GK102660793SQ20121013514
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者李道喜, 李雅明, 湯煉, 王云波 申請(qǐng)人:湖北天思科技股份有限公司