[發明專利]一種磺酸基改性聚四氟乙烯纖維自組裝制備方法

有效

• 申請號: 201410012612.2
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103741477A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 董永春;李冰
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D06M15/356
• 分類號: D06M15/356;D06M11/13;B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/72;B01J31/10;D06M101/22
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技術領域

本發明涉及化工吸附和催化劑技術，具體為一種具有強力配位和吸附性能的磺酸基改性聚四氟乙烯纖維自組裝制備方法。

背景技術

Fenton氧化技術是一種能夠從廢水中去除染料等持久性有機污染物的有效方法，其能使這些污染物發生快速而完全的降解和礦化。由鐵離子固定于負載材料表面而制成的非均相Fenton反應催化劑不僅可以顯著地促它們的降解反應，而且還具有pH適用性強和易于回收等優點，因此非均相Fenton催化劑的研發是目前改善Fenton氧化技術的關鍵。而纖維金屬配合物作為非均相Fenton光催化劑具有制備簡單，使用方便和價格低廉的特點倍受到人們的關注。研究表明，合成對鐵離子具有強力配位性能的纖維材料是制備纖維金屬配合物的關鍵，這是因為這些具有強力配位性能的纖維材料能夠通過配位反應使得到的非均相Fenton光催化劑具有更高的鐵離子含量。而研究已經證實這些高鐵離子含量的非均相Fenton光催化劑通常具有更高的催化活性[參見董永春等，鐵改性腈綸纖維催化劑在偶氮染料降解反應中的應用，紡織學報，2009，30(1)：82-87]。我們最近的研究證明，使用聚丙烯酸接枝改性的聚四氟乙烯(PTFE)纖維與Fe³⁺離子所形成的配合物的鐵離子含量一般不超過2.50mmol/g[參見1.董永春等，改性PTFE纖維金屬配合物的制備及其光催化降解性能，物理化學學報，2013，29(01)：157-166；2.董永春等，活性紅195在鐵改性聚四氟乙烯纖維配合物非均相催化劑存在和廣泛pH范圍內的光助降解反應，Coloration?Technology，2013，129(6)：403-411(Yongchun?Dong?et?al.，Photoassisted?degradation?of?CI?Reactive?Red195using?an?Fe(III)-grafted?polytetrafluoroethylene?fibre?complex?as?a?novel?heterogeneous?Fenton?catalyst?over?a?wide?pH?range，Coloration?Technology，2013，129(6)：403-411)]。盡管可以通過調節接枝反應提高丙烯酸在纖維表面的接枝率，但是這樣不僅會對表面接枝反應的進行帶來很大困難并大幅度提高制備成本，而且也會對纖維的物理機械性能帶來損傷。因此，本發明為了提高改性PTFE纖維與鐵離子的配位能力并制備高鐵離子含量的纖維金屬配合物，設計了一種通過自組裝技術制備具有強力配位性能的纖維材料的方法。所謂層層自組裝技術(Layer-by-Layer?Self-Assembly，LBLSA)，即利用逐層交替沉積的方法，借助各層分子間的弱相互作用(如靜電引力、氫鍵、配位鍵等)，使層與層自發地締和形成結構完整、性能穩定、具有某種特定功能的分子聚集體或超分子結構。它具有許多優點，如對成膜基質沒有特殊限制，不需要專門的設備，成膜驅動力的選擇較多，制備的薄膜具有良好的機械和化學穩定性，薄膜的組成和厚度可控等等。而在我們則采用了以靜電作用為推動力的分子沉積層層自組裝方法制備磺酸基改性PTFE纖維。即首先制備丙烯酸改性聚四氟乙烯纖維，然后分別以聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)和聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)為陰離子和陽離子聚電解質再對丙烯酸改性聚四氟乙烯纖維進行多層PDDA/PSS交替的層層自組裝以得到磺酸基改性聚四氟乙烯纖維。這種方法可利用化合物多樣、沉積條件簡便，沉積過程可控。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是：提供了一種磺酸基改性聚四氟乙烯纖維自組裝制備方法。本發明所述纖維在用于制備纖維鐵配合物時對鐵離子具有強力配位性能，即與鐵離子進行配位反應時具有吸附量大、吸附時間短和對溫度和pH值依賴性弱等優點。更重要的是，由于本發明所述纖維纖維仍具有優秀的耐氧化性和機械強度，當其纖維鐵配合物用作非均相Fenton反應催化劑時具有機械強度變化小，金屬離子不易脫落，在廣泛pH范圍內具有催化活性，而且重復使用性好等優勢。此外，該制備方法所使用的陰離子和陽離子聚電解質溶液所含藥劑的濃度很低并環境友好性，配制和制備操作簡單，價格低廉。另外，本發明的制備方法工藝相對簡單，成本適中，容易操作，使用適應性好，有利于工業化推廣。