CN113231044A - 一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维及其制备方法，属于废水处理技术领域。该方法包括以下步骤：按质量比称取聚丙烯树脂、界面剂、水、顺丁烯二酸酐和丙烯酸放入反应釜中，在搅拌下升温至130～150℃；加入引发剂，进行悬浮接枝反应，得到的反应产物经离心后于90～110℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，即得到用于去除废水中靛蓝的PP‑g‑MAH‑AA吸附纤维。本申请制备的吸附纤维的原材料PP便宜易得，悬浮接枝改性过程环境友好且易工业化扩大，接枝产物后处理简单亦可纺丝，纤维对靛蓝的吸附量在酸碱条件下均较大，且基本不受温度影响，吸附纤维再生性能优良，有利于环境保护。

Description

一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种用于废水处理的材料的合成方法，具体涉及一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维及其制备方法。
背景技术
自牛仔布问世以来，靛蓝染料始终保持高消耗量，由此产生了大量靛蓝废水，若直接排放进入水体，其高色度会使水体透光率降低，造成视觉污染，并使水体生态***遭到破坏，对环境和人类的危害较大。另外，靛蓝是蒽醌型的发色基团，由于其结构对称且性质稳定，不容易被氧化和裂解，因此，靛蓝废水属于难处理的工业废水之一。
目前去除水中靛蓝的技术中，吸附法由于具有设备操作方便简单、吸附剂可重复再生利用等优点而引起关注，尤其是在处置突发性污染事故时，往往成为首选。专利201610248570.1通过酰胺化法制备了羧甲基纤维素-壳聚糖复合干凝胶，对废水中的靛蓝具有吸附作用，但吸附量有限，为27mg/g。
PP价格便宜、易于加工，将其熔喷制成PP纤维后呈现三维网状结构，具有细度小、孔隙率高等优点，被广泛用作吸附剂的基体纤维。但是PP为非极性高聚物，其分子链不含极性和反应性基团，从而限制了其在吸附废水污染物方面的应用。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述缺陷，本发明所要解决的第一技术问题在于提供一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附材料的制备方法，本发明所要解决的第二技术问题在于提供上述方法制备得到的吸附材料，本发明所要解决的第三技术问题在于提供该吸附材料在去除废水中靛蓝中的应用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，包括以下步骤：按质量比称取聚丙烯(PP)树脂、界面剂、水、顺丁烯二酸酐(MAH)和丙烯酸(AA)放入反应釜中，在搅拌下升温至130～150℃；加入引发剂，进行悬浮接枝反应，得到的反应产物经离心后于90～110℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，即得到用于去除废水中靛蓝的PP-g-MAH-AA吸附纤维。
进一步的，聚丙烯树脂、界面剂、水、顺丁烯二酸酐和丙烯酸的质量比为1∶1～5∶3～10∶0.2～0.6∶0.2～0.5。
进一步的，界面剂选自十氢化萘、甲苯、二甲苯、三氯苯中的一种。
进一步的，引发剂为2，5-二甲基-2，5-双己烷(DBPH)。
进一步的，引发剂的加入量为聚丙烯树脂质量的2～4％。
进一步的，接枝反应的时间为2～4小时。
上述方法制备得到的PP-g-MAH-AA吸附纤维。
所述的PP-g-MAH-AA吸附纤维在去除废水中靛蓝中的应用。
有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：
本申请采用环境友好且易工业化的悬浮接枝技术对PP进行改性，以MAH和AA为功能单体，将酸酐和羧基引入到PP上，通过熔喷纺丝技术制得PP-g-MAH-AA纤维。该制备方法原材料PP便宜易得，悬浮接枝改性过程可控且易工业化扩大，产物后处理简单亦可纺丝，纤维对靛蓝的吸附量在酸碱条件下均较大，且基本不受温度影响，吸附纤维再生性能优良，有利于环境保护。
附图说明
图1为PP-g-MAH-AA、PP-g-AA、PP-g-MAH、PP纤维的红外谱图；
图2为悬浮接枝改性前后纤维的扫描电镜图；
图3为PP和PP-g-MAH-AA纤维的核磁氢谱图；
图4为纤维投加量对靛蓝吸附效果的影响图；
图5为吸附时间对靛蓝吸附效果的影响图；
图6为pH对靛蓝吸附效果的影响图；
图7为温度对靛蓝吸附效果的影响图；
图8为纤维再生次数对靛蓝吸附效果的影响图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。以下实施例中如无特殊说明，实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
称取200g聚丙烯(PP)树脂、400g十氢化萘、800g水、75g顺丁烯二酸酐(MAH)和60g丙烯酸(AA)放入反应釜中，在搅拌下升温至130℃，加入5g引发剂2，5-二甲基-2，5-双己烷(DBPH)，接枝反应3小时；将反应产物离心后于100℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，得到PP-g-MAH-AA吸附纤维。按照此配比测出的接枝率为14.70％。
对比例1
实施例1中的MAH不添加，其余等同于实施例1，测定所得的PP-g-AA纤维的接枝率为9.62％。
对比例2
实施例1中的AA不添加，其余等同于实施例1，测定所得的PP-g-MAH纤维的接枝率为3.38％。
实施例1及其对比例1、对比例2所制备的PP-g-MAH-AA纤维、PP-g-AA纤维、PP-g-MAH纤维与PP纤维的红外谱图如图1所示，从谱图可以看出，与PP纤维对比，PP-g-AA、PP-g-MAH和PP-g-MAH-AA纤维的红外谱图都发生了变化，但仍具有PP独有的特征吸收峰。PP-g-MAH与PP相比，在1780cm-1处出现吸收峰，为酸酐中C＝O的对称和非对称峰，在1708cm-1处出现吸收峰是酸酐水解后羧酸中的C＝O，说明MAH成功接枝到PP上。PP-g-AA与PP相比，在1708cm-1处中出现了羧基中C＝O的伸缩振动吸收峰，说明AA成功接枝到PP上。PP-g-MAH-AA与PP-g-MAH、PP-g-AA的谱图都在1708cm-1处出现羧基中C＝O的伸缩振动吸收峰，但PP-g-MAH-AA谱图中C＝O的伸缩振动吸收峰强度更强，说明羧基含量高于PP-g-MAH和PP-g-AA，在1780cm-1处也出现了酸酐中C＝O的对称和非对称峰，说明PP-g-MAH-AA纤维中MAH、AA与PP的主链发生了接枝反应。
实施例2
称取200g PP树脂、600g甲苯、900g水、60g MAH和60g AA放入反应釜中，在搅拌下升温至140℃；加入6g引发剂DBPH，接枝反应2.5小时；将反应产物离心后于90℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，得到PP-g-MAH-AA吸附纤维。按照此配比测出的接枝率为13.80％。
本实施例所制备的PP-g-MAH-AA吸附纤维的扫描电镜图如图2所示，未改性PP纺成的纤维表面很光滑，而经悬浮接枝改性后的PP-g-MAH-AA纤维表面粗糙凹凸不平，有明显的附着物且直径明显***，这说明PP与MAH和AA发生了接枝反应。
实施例3
称取200g PP树脂、600g二甲苯、800g水、75g MAH和60g AA放入反应釜中，在搅拌下升温至150℃；加入6g引发剂DBPH，接枝反应2.5小时；将反应产物离心后于100℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，得到PP-g-MAH-AA吸附纤维。按照此配比测出的接枝率为14.90％。
本实施例所制备的PP-g-MAH-AA吸附纤维的核磁氢谱图如图3所示，PP-g-MAH-AA吸附纤维分子结构中羧基是与-CH相连的，且-CH含有羧基取代基后化学位移为2.3ppm，这与图3一致，因此可说明羧基被成功接枝到PP上。
实施例4
将实施例1中加入引发剂DBPH的量改为4g，其余等同于实施例1。测定所得PP-g-MAH-AA吸附纤维的接枝率为14.61％。
实施例5
将实施例1中加入的界面剂十氢化萘的量改为350g，其余等同于实施例1。测定所得PP-g-MAH-AA吸附纤维的接枝率为14.16％。
实施例6
将实施例1中加入界面剂改为400g三氯苯，其余等同于实施例1。测定所得PP-g-MAH-AA吸附纤维的接枝率为14.24％。
实施例7
选取实施例1及其对比例1、对比例2所制备的PP-g-MAH-AA纤维、PP-g-AA纤维、PP-g-MAH纤维各0.3g为吸附剂，在200mL浓度为200mg/L的靛蓝模拟废水中分别吸附180分钟后取上清液在590nm波长下测量吸光度，计算不同吸附剂对靛蓝的去除率，结果如下表所示。
PP-g-MAH-AA纤维 PP-g-AA纤维 PP-g-MAH纤维
去除率 83.62％ 43.58％ 15.46％
与PP-g-AA纤维和PP-g-MAH纤维相比，PP-g-MAH-AA纤维对废水中靛蓝的去除率更高，可达83.62％，能够更好地对废水进行净化处理。
实施例8
选取实施例3制备的PP-g-MAH-AA吸附纤维为吸附剂，于浓度为200mg/L的靛蓝模拟废水中分别考察纤维投加量、吸附时间、pH、温度和再生次数对吸附效果的影响，结果如图4至图8所示。由图4可以看出，纤维投加量不断增加，废水中靛蓝的去除率明显提高，当投加量仅为0.3g时，去除率已超过85％，最高可达99％；由图5可知，纤维对靛蓝的吸附量在15分钟时已经达到35mg/g，75分钟时去除率已经接近80％，最大吸附量高达110mg/g，PP-g-MAH-AA纤维对靛蓝的吸附速率快，吸附量大；在酸碱条件下PP-g-MAH-AA纤维对靛蓝的吸附量均较大(图6)，且基本不受温度影响(图7)。
取已吸附靛蓝饱和的PP-g-MAH-AA纤维于0.5mol/L的HCl溶液中解吸再生。从图8可以看出，随着纤维再生次数的增加，其对靛蓝的吸附量略微下降，再生8次后，对靛蓝的吸附量依然可达到91.22mg/g，为初次再生纤维靛蓝吸附量的81.7％。由此可见，PP-g-MAH-AA纤维具有优良的解吸再生和重复使用性能，可应用于对靛蓝废水的处理。

Claims (8)

1.一种高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按质量比称取聚丙烯树脂、界面剂、水、顺丁烯二酸酐和丙烯酸放入反应釜中，在搅拌下升温至130～150℃；加入引发剂，进行悬浮接枝反应，得到的反应产物经离心后于90～110℃下干燥；将干燥后的产物进行熔喷纺丝，即得到用于去除废水中靛蓝的PP-g-MAH-AA吸附纤维。
2.根据权利要求1所述的高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯树脂、界面剂、水、顺丁烯二酸酐和丙烯酸的质量比为1∶1～5∶3～10∶0.2～0.6∶0.2～0.5。
3.根据权利要求1所述的高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，所述界面剂选自十氢化萘、甲苯、二甲苯、三氯苯中的一种。
4.根据权利要求1所述的高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，所述引发剂为2，5-二甲基-2，5-双己烷。
5.根据权利要求1所述的高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，所述引发剂的加入量为聚丙烯树脂质量的2～4％。
6.根据权利要求1所述的高效环保去除废水中靛蓝的吸附纤维的制备方法，其特征在于，接枝反应的时间为2～4小时。
7.权利要求1至6任一项所述方法制备得到的PP-g-MAH-AA吸附纤维。
8.权利要求7所述的PP-g-MAH-AA吸附纤维在去除废水中靛蓝中的应用。
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