一種制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離子交換材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備，是一種綠色環(huán)保改進(jìn)強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]離子交換纖維是一種纖維狀離子交換材料，由于具有吸附速度快，凈化程度高，通水阻力小，再生方便等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)、資源回收再生、醫(yī)藥、化工、冶金等方面有廣闊的應(yīng)用前景，因此受到越來越多的關(guān)注。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的方法有高聚物化學(xué)轉(zhuǎn)換法，高聚物接枝單體法，熔融紡絲法等，而在用濃硫酸作為磺化試劑引入磺酸基(-SO3H)時(shí)，硫酸濃度對接枝纖維磺化的影響很大，有文獻(xiàn)報(bào)道稱用90%的硫酸作磺化劑，在110°C下反應(yīng)6h，離子交換纖維的交換容量小于1.0mmol.g—1;當(dāng)磺化溫度低于100°C時(shí)，交換容量幾乎為零；磺化反應(yīng)的過程中有水生成，進(jìn)一步降低了濃硫酸的濃度，更加不利于磺化反應(yīng)，為了保證磺化反應(yīng)順利進(jìn)行，通常硫酸/纖維的浴比足夠大，浴比一般為30-40，磺化反應(yīng)后的濃硫酸濃度降低下一次磺化反應(yīng)時(shí)無法循環(huán)使用，造成大量廢酸排放；而且反應(yīng)后處理繁瑣，需要酸液梯度浸洗，又有大量廢酸生成，造成環(huán)境污染嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中濃硫酸磺化制備強(qiáng)酸型離子交換纖維時(shí)產(chǎn)生大量廢酸以及反應(yīng)后處理繁瑣，需要酸液梯度浸洗等問題，本發(fā)明提出一種制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的新型工藝設(shè)備，該工藝設(shè)備在使用時(shí)，磺化反應(yīng)采用分步加熱，磺化液可重復(fù)使用，無廢酸排放；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)減壓蒸餾去除纖維表面的二氯乙烷可直接得到強(qiáng)酸型離子交換纖維，無須酸梯度洗滌。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備，包括儲(chǔ)液罐、反應(yīng)釜、水浴加熱循環(huán)裝置、冷凝回流裝置、尾氣吸收裝置和真空泵，其特征在于，
[0006]所述儲(chǔ)液罐用以儲(chǔ)存磺化液，其底部通過設(shè)置有化工泵和閥門的管路與所述反應(yīng)釜底部的磺化液進(jìn)液口連通，
[0007]所述反應(yīng)釜包括頂蓋、內(nèi)殼體和外殼體，所述反應(yīng)釜的側(cè)壁還設(shè)置有與所述內(nèi)殼體連通的纖維進(jìn)料口和纖維出料口 ；所述內(nèi)殼體和外殼體之間的空間為水浴加熱層，溶脹后的待磺化纖維放置在所述內(nèi)殼體內(nèi)部的纖維磺化區(qū)，所述磺化液進(jìn)液口與所述內(nèi)殼體的底部連通，在所述內(nèi)殼體的側(cè)壁靠近底部的位置設(shè)置磺化液循環(huán)開口，在所述頂蓋上設(shè)置有伸入到所述內(nèi)殼體中的噴淋裝置和可上下調(diào)節(jié)位置的帶孔圓盤，所述帶孔圓盤位于所述噴淋裝置的下部，所述磺化液循環(huán)開口通過設(shè)置有化工泵和閥門的管路與所述噴淋裝置連通，在所述外殼體的底部設(shè)置與所述水浴加熱層連通的水浴進(jìn)液口，在所述外殼體的側(cè)壁靠近頂部的位置設(shè)置與所述水浴加熱層連通的水浴出液口，所述水浴進(jìn)液口通過設(shè)置有水泵和閥門的管路與所述水浴加熱循環(huán)裝置的底部供液口連通，所述水浴出液口通過設(shè)置有閥門的管路與所述水浴加熱循環(huán)裝置的頂部回液口連通；在所述頂蓋上還設(shè)置有溶脹劑蒸汽出口 ；
[0008]所述冷凝回流裝置包括依次連接的室溫冷卻水循環(huán)裝置和低溫冷卻循環(huán)裝置，所述室溫冷卻水循環(huán)裝置的溶脹劑蒸汽進(jìn)口與所述頂蓋上的溶脹劑蒸汽出口通過設(shè)置有控制閥門的管路連通；所述低溫冷卻循環(huán)裝置的溶脹劑蒸汽出口通過管路依次與所述尾氣吸收裝置和真空泵連通。
[0009]優(yōu)選地，所述室溫冷卻水循環(huán)裝置的底部均設(shè)置有液態(tài)溶脹劑收集器，各所述液態(tài)溶脹劑收集器均通過設(shè)置有控制閥門的管路與所述儲(chǔ)液罐頂部的溶脹劑進(jìn)液口連通。
[0010]本發(fā)明的制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備，其工作原理如下:
[0011]首先，將待磺化纖維用溶脹劑溶脹6-12個(gè)小時(shí)；
[0012]其次，將溶脹后的待磺化纖維放入反應(yīng)釜200中進(jìn)行磺化反應(yīng)，具體為:開啟化工泵101，并打開閥門102，將含有氯磺酸的磺化液從儲(chǔ)液罐緩慢加入反應(yīng)釜200的底部，待磺化纖維/磺化液的浴比為25-60，加入磺化液完畢后，關(guān)閉化工泵101和閥門102，開啟化工泵211，打開閥門212，將磺化液從反應(yīng)釜200的底部抽取至反應(yīng)釜頂部的噴淋裝置206，使磺化液由上至下循環(huán)流動(dòng)，使磺化液和纖維充分接觸，保證磺化反應(yīng)的均勻性；同時(shí)，對反應(yīng)釜水浴循環(huán)加熱，磺化過程分多步升溫完成，逐步升溫完成磺化反應(yīng)，升溫至40°C反應(yīng)
0.5個(gè)小時(shí)，升溫至50°C反應(yīng)I個(gè)小時(shí)，升溫至60°C反應(yīng)0.5個(gè)小時(shí)，升溫至70°C反應(yīng)0.5個(gè)小時(shí)完成磺化反應(yīng)。
[0013]磺化反應(yīng)結(jié)束后，開啟化工泵101，并打開閥門102，將磺化液從反應(yīng)釜底部的磺化液進(jìn)液口 204排出重新返回至儲(chǔ)液罐，之后，關(guān)閉化工泵101和閥門102，打開真空泵600，減壓蒸餾去除纖維表面附著的溶脹劑，溶脹劑蒸汽首先經(jīng)所述室溫冷卻水循環(huán)裝置401冷卻回收，之后經(jīng)所述低溫冷卻循環(huán)裝置402冷卻回收，并依次回流至儲(chǔ)液罐。
[0014]減壓蒸餾去除表面附著的溶脹劑后，即得強(qiáng)酸型離子交換纖維，無需酸梯度洗滌。
[0015]在排出的磺化液中補(bǔ)加氯磺酸，使得磺化液可循環(huán)使用，繼續(xù)制備強(qiáng)酸型離子交換纖維。
[0016]優(yōu)選地，所述待磺化纖維為PP-ST-DVB纖維。
[0017]優(yōu)選地，所述溶脹劑為二氯甲烷、三氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1，2-二氯乙烷、
1,2- 二溴-乙燒、1，I, 1- 二氯乙燒、1，I, I, 2, 2, 3, 3-七氯丙燒、二氧六環(huán)中的一種或多種。
[0018]優(yōu)選地，所述PP-ST-DVB纖維為化學(xué)接枝或輻射接枝方法制備。所述輻射接枝為共輻照或預(yù)輻射接枝。
[0019]優(yōu)選地，所述含有氯磺酸的磺化液中包含磺化劑和稀釋劑，所述磺化劑為氯磺酸，所述稀釋劑為四氯甲燒、I, 2- 二氯乙燒、I, 2- 二溴-乙燒、I, I, 2, 2-四氯乙燒、I, I, 1- 二氯乙烷、1，I, I, 2，2，3，3-七氯丙烷、二氧六環(huán)、甲苯、硝基苯中的一種或多種，稀釋后氯磺酸的濃度為0.5-5%。優(yōu)選地，氯磺酸的濃度隨PP-ST-DVB纖維中ST的接枝率進(jìn)行調(diào)整。
[0020]優(yōu)選地，所述帶孔圓盤207在纖維磺化反應(yīng)時(shí)向下移動(dòng)，將纖維壓至液面以下，使磺化液和纖維充分接觸。
[0021]優(yōu)選地，減壓蒸餾去除纖維表面附著的溶脹劑時(shí)，溶脹劑蒸汽依次流經(jīng)冷凝回流裝置400和尾氣吸收裝置500，在所述冷凝回流裝置400中被回收至所述儲(chǔ)液罐100，未被回收的部分被所述尾氣吸收裝置500吸收。優(yōu)選地，所述溶脹劑蒸汽首先經(jīng)所述室溫冷卻水循環(huán)裝置401冷卻回收，之后經(jīng)所述低溫冷卻循環(huán)裝置402冷卻回收。進(jìn)一步地，所述低溫冷卻循環(huán)裝置402的低溫達(dá)_20°C。
[0022]本發(fā)明的制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn):磺化反應(yīng)采用分步加熱，磺化液可重復(fù)使用，無廢酸排放；反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)減壓蒸餾去除纖維表面的二氯乙烷可直接得到強(qiáng)酸型離子交換纖維，無須酸梯度洗滌。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]如圖1、2所示，本發(fā)明的制備強(qiáng)酸型離子交換纖維的工藝設(shè)備，包括儲(chǔ)液罐100、反應(yīng)釜200、水浴加熱循環(huán)裝置300、冷凝回流裝置400、尾氣吸收裝置500和真空泵600。
[0027]儲(chǔ)液罐100用以儲(chǔ)存磺化