[發明專利]一種可循環使用的快速去除重金屬陰離子的纖維材料

在審

• 申請號: 201510311532.1
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN104941588A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 吳曉青;孔志云;魏俊富;趙孔銀
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能材料和環境工程領域，特別涉及一種可循環使用的快速去除重金屬陰離子的纖維材料。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展，許多含重金屬離子的污染物進入大氣、水以及土壤環境，造成了嚴重的環境污染。重金屬離子不易分解，易造成二次污染，可以通過食物鏈的生物富集作用而積累，一旦攝入人體便會危害身體健康。在眾多重金屬中，鉻和砷是聯合國環境署公布的典型環境持久性污染物之一，其在水溶液中多以陰離子狀態存在，Cr(VI)具有良好的水溶性、強氧化性，毒性是Cr(III)的100倍，長期飲用鉻污染水，易誘發膀胱、腎臟、肝臟等器官病變，甚至有可能引發皮膚癌變【W.B.Zhang，et?al.Ultrasound-Enhanced?Adsorption?of?Chromium(VI)on?Fe₃O₄Magnetic?Particles[J].Industrial&Engineering?Chemistry?Research，2014，53(1)：333-339】。因此，去除和降低水中重金屬陰離子的濃度變得至關重要。

目前水中重金屬的處理方法主要有化學還原法、化學沉淀法、離子交換法、反滲透法、膜分離法、電凝法、吸附法等。其中吸附法由于具有操作簡單、投資少、效率高、易于回收等優點已被廣泛應用于處理工業廢水【胡海祥.重金屬廢水治理技術概況及發展方向[J].中國資源綜合利用，2008，26(2)：22-25】。很多含有叔胺基和季銨基的材料已被用于吸附溶液中的Cr(VI)，如樹脂、活性炭、生物材料、納米管、凝膠、殼聚糖、合成的聚合物吸附劑等【J.Huang，et?al.Polyphenylene?sulfide?based?anion?exchange?fiber：Synthesis，characterization?and?adsorption?of?Cr(VI)，Journal?of?Environmental?Sciences?2012，24(16)1433-1438】。然而，一些材料的性質限制了本身的應用，如吸附劑中的雜質，較低的吸附速度和解吸速度，生產成本高，循環利用難度大，甚至造成第二次污染等問題。

纖維狀的吸附劑是一種新型的吸附分離材料，具有更有效的比表面積，吸附和解析速度快，更高的解吸效率和再生性能。目前所用的堿性功能纖維大多采用先氯甲基化，然后再進行銨化得到季胺化的強堿性功能纖維。但是在氯甲基化反應過程中要使用具有強致癌性的氯甲醚或二氯甲醚，同時氯甲基化反應中還伴有亞甲基的附加交聯而使交換容量降低。

目前，為避免強致癌劑的使用，呂向華采用聚丙烯腈(PAN)為基體纖維，先與三乙烯四胺反應合成多胺基離子交換纖維，再與縮水甘油三甲基氯化銨發生接枝反應合成季銨基離子交換纖維【呂向華，含季銨基離子交換纖維的合成，表征及其對Cr(VI)的吸附性能研究，鄭州大學，2011.】。史祖霞等通過電子束預輻照聚丙烯無紡布接枝乙烯基吡啶制備接枝共聚物，然后接枝共聚物進一步與季銨化試劑溴乙烷反應，制備出季銨鹽型強堿性陰離子交換纖維【史福霞等，強堿性陰離子交換纖維的輻射接枝法制備及對錸(VII)的吸附，高分子材料科學與工程2013，29(7)157-160.】。Virendra?Kumar等以棉纖維素接枝乙烯芐基三甲基氯化銨(VBTAC)制備陰離子交換劑【V.Kumar?et.al.，Preparation?of?an?anion-exchange?adsorbent?by?the?radiation-induced?grafting?of?vinylbenzyltrimethylammonium?chloride?onto?cotton?cellulose?and?its?application?for?protein?adsorption，Journal?of?applied?polymer?science?2006，102(6)5512-5521.】。李海靜等采用高能輻照的方法將DMC、DAC接枝到PP-g-AA纖維上，制得強堿性離子交換纖維【李海靜等，含季銨基離子交換纖維的制備研究，離子交換與吸附2009，25(6)542-549.】。這些方法制得的纖維普遍存在接枝率低，吸附容量小，吸附速率較慢的缺點，而且目前只停留在試驗階段，尚未工業化。

發明內容