專利名稱：一種螯合功能纖維及合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子交換纖維制造技術(shù)，特別是一種以腈綸纖維為載體的螯合功能纖維及合成方法。
現(xiàn)有技術(shù)中，離子交換纖維的合成方法主要有兩類。一類是將具有或能轉(zhuǎn)變成離子交換基團的單體或聚合物，與能成纖維的單體或聚合物共聚或共混，然后紡成纖維；另一類是通過天然或合成纖維的改性，其中包括纖維本身所含功能基的化學(xué)轉(zhuǎn)化和纖維骨架上引入活性基團的化學(xué)轉(zhuǎn)化而制得。其中后一類方法是目前合成離子交換纖維的主要方法。
目前，已有多種以腈綸纖維為材料制成螯合纖維問世。如文獻(《蘭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》，23(1)，86-9，1987；蘇致興等。)中報導(dǎo)的一種將腈綸纖維與硫氰酸銨反應(yīng)制備聚丙烯脒硫氰酸鹽纖維的方法；中國專利97120341.5公開的腈綸纖維先后與水合阱、乙二胺反應(yīng)制備螯合功能纖維的方法；中國專利91103814.0公開的腈綸纖維和羥胺反應(yīng)制備偕胺肟螯合功能纖維的方法。上述方法的不足之處是纖維性能不穩(wěn)定，吸附動力學(xué)性能較低，機械性能較差，且所用試劑毒性較大，易燃易爆，難以進行大規(guī)模生產(chǎn)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明因此提出了一種含胺基官能團的螯合功能纖維，該纖維以腈綸纖維為基體，表面涂覆一層聚乙烯亞胺，通過交聯(lián)劑使聚乙烯亞胺牢固地固著在腈綸纖維的表面而制得。其制備方法步驟如下1)水解。即在30℃～100℃范圍內(nèi)，將基體腈綸纖維放入強堿水溶液或強堿有機溶液中進行反應(yīng)，使纖維的部分氰基在堿性條件下水解，形成含適量羥基的中間產(chǎn)物。強堿水溶液或有機溶液的堿濃度為4％～20％；2)引入“橋″。即在常溫下，將上述中間產(chǎn)物放入金屬的鹽溶液中反應(yīng)，使其羥基轉(zhuǎn)化為羥酸鹽。由于所洗金屬離子易與活性材料聚乙烯亞胺發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，因而在功能纖維形成過程中起到了“橋″的作用。金屬離子的濃度為1％～25％；3)涂敷。即在常溫度下，將步驟2)的產(chǎn)物放入聚乙烯亞胺的水溶液或其有機溶液中進行反應(yīng)，反應(yīng)時間為10min～30min，使羥酸根結(jié)合的金屬離子與聚乙烯亞胺的胺基形成絡(luò)合鍵，從而將聚乙烯亞胺涂敷在載體纖維的表面。聚乙烯亞胺的濃度范圍為2％～20％；4)交聯(lián)。即在常溫下，將步驟3)的產(chǎn)物放入多元醛或有機二鹵化物溶液中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使聚乙烯亞胺單體相互交聯(lián)，牢固地固著在纖維表面，不再溶解。多元醛的濃度為2％～20％；5)轉(zhuǎn)型。即將步驟4)的產(chǎn)物先后放入酸、堿溶液中進行處理，將“橋″離子洗出，并轉(zhuǎn)化成含胺基的螯合功能纖維。酸溶液的濃度為2～5N，堿溶液的濃度為0.01～1N；本發(fā)明所使用的強堿有機溶液的有機溶劑為醇類、酮類、醚類和芳烴類等有機溶劑；金屬鹽溶液為銅、鉛、鋅、鎘、鈾等的鹽溶液；聚乙烯亞胺分子量為500～100000；交聯(lián)劑為乙二醛、丁二醛、戊二醛等多元醛，或二氯乙烯、二溴乙烯、二氯丁烯、二溴丁烯等有機二鹵化物。
本發(fā)明可帶來如下有益效果1)生產(chǎn)成本低廉，原料來源方便，且使用試劑無毒或低毒。
2)合成步驟簡單，合成過程較易控制，生產(chǎn)效率高。
3)合成的螯合功能纖維性能穩(wěn)定，配位絡(luò)合能力高，吸附動力學(xué)好，吸附容量高，選擇性好，洗脫容易。
4)機械強度好，不易斷裂、破損。
5)對多種含重金屬、放射性金屬的工業(yè)廢水，以及HCl、SO2、H2S等酸性氣體，凈化清除效果好。
本發(fā)明由于對銅、鉛、鋅、鎘、鈾等重金屬具有優(yōu)異的吸附和選擇性能，因而可用于較寬酸度范圍介質(zhì)中的重金屬離子的回收，工業(yè)廢水的凈化，含放射性鈾的工業(yè)廢水的凈化，以及環(huán)境空氣中HCl、SO2、H2S等酸性氣體的凈化清除等領(lǐng)域。
實施例11)將工業(yè)級乙醇80g、氫氧化納固體10g放入反應(yīng)瓶內(nèi)，以電子調(diào)溫加熱套加熱到氫氧化鈉完全溶解，然后放入腈綸纖維5g，并在80℃～85℃范圍內(nèi)恒溫反應(yīng)24h；2)取出反應(yīng)纖維，用蒸餾水洗滌，擰干，放入5％的硫酸銅溶液中振蕩7min；3)取出纖維，放入2％的聚乙烯亞胺水溶液中，室溫下振蕩5min；4)取出纖維放入6％的戊二醛溶液中，振蕩12h；5)先后用2N硫酸、0.1N的氨水處理，然后用蒸餾水洗滌至中性，烘干，即制得吸附容量為2.32mmolH+/g(干纖維)的螯合功能纖維。
實施例21)將工業(yè)級甲醇100mL、氫氧化鈉固體20g放入反應(yīng)瓶內(nèi)，用電子調(diào)溫加熱套加熱到氫氧化鈉完全溶解，然后放入腈綸纖維3g，并在60℃～65℃范圍內(nèi)恒溫反應(yīng)30h；2)取出反應(yīng)纖維，用蒸餾水洗滌，擰干，然后放入15％的硫酸鋅溶液中振蕩60min；3)取出纖維，放入6％的聚乙烯亞胺甲醇溶液中，室溫下振蕩30min；4)取出纖維放入10％的戊二醛水溶液中，振蕩12h；5)取出纖維先后用5N的硫酸和0.1N氨水處理，然后蒸餾水洗滌至中性，烘干，即制得吸附容量為2.09mmolH+/g(干纖維)的螯合功能纖維。
實施例31)將甲醇150mL、氫氧化鉀固體20g放入反應(yīng)瓶內(nèi)，用電子調(diào)溫加熱套加熱到氫氧化鉀完全溶解，然后放腈綸纖維7g，并在60℃～65℃范圍內(nèi)恒溫反應(yīng)30h；2)取出反應(yīng)纖維，蒸餾水洗滌，擰干，然后放入7％的硝酸鉛溶液中振蕩60min；3)取出纖維，放入10％的聚乙烯亞胺乙醇溶液中，室溫下振蕩50min；4)取出纖維放入5％的丁二醛水溶液中，振蕩16h；5)取出纖維先后用3N的硫酸和0.1N氨水處理，然后用蒸餾水洗滌至中性，烘干，即制得吸附容量為2.98mmolH+/g(干纖維)的螯合功能纖維。
實施例4將CuS04.5H2O配成Cu2+濃度已知為20ppm的水溶液250ml備用。將本發(fā)明涉及的螯合功能纖維(實施例1制備)50mg放入20mL上述溶液中，室溫下振蕩15小時，取出功能纖維，復(fù)測得溶液中的Cu2+殘余濃度為0.36ppm，求得功能纖維對Cu離子的吸凈率是98.2％。
實施例5將Cd(NO3)2·4H2O配成Cd2+濃度已知為(1)89ppm、(2)9.345ppm、(3)1.030ppm、的水溶液各250ml備用。
將本發(fā)明涉及的螯合功能纖維(實施例1制備)50mg加入20mL上述溶液(1)中，室溫下振蕩15小時后，取出功能纖維，復(fù)測得溶液中的Cd2+殘余濃度為9.65ppm，求得功能纖維對溶液(1)中Cd離子的吸凈率是89％。
將本發(fā)明涉及的螯合功能纖維(實施例1制備)50mg加入20mL上述溶液(2)中，室溫下振蕩15小時后，取出功能纖維，復(fù)測得溶液中的Cd2+殘余濃度為0.875ppm，求得功能纖維對溶液(2)中Cd離子的吸凈率是90.6％。
將本發(fā)明涉及的螯合功能纖維(實施例1制備)50mg加入20mL上述溶液(3)中，室溫下振蕩15小時后，取出功能纖維，復(fù)測得溶液中的Cd2+殘余濃度為0.051ppm，求得功能纖維對溶液(3)中Cd離子的吸凈率是95.0％。
權(quán)利要求
1.一種螯合功能纖維，含胺基官能團，其特征在于它是在基體腈綸纖維表面化學(xué)涂敷上一層聚乙烯亞胺，并通過交聯(lián)劑使聚乙烯亞胺穩(wěn)定地固著在纖維表面而制得。
2.一種制造權(quán)利要求1所述纖維的合成方法，其特征在于它可通過以下步驟實現(xiàn)1)水解，即在溫度為30℃～100℃范圍內(nèi)，將基體腈綸纖維放入濃度為4％～20％的強堿水溶液或強堿有機溶液中進行反應(yīng)；2)引入“橋″，即在常溫下，將步驟1)的產(chǎn)物放入離子濃度為1％～25％的金屬鹽溶液中充分反應(yīng)；3)涂敷，即在常溫下，將步驟2)的產(chǎn)物放入濃度為2％～20％的聚乙烯亞胺的水溶液或其有機溶液中反應(yīng)10min～30min；4)交聯(lián)，即將步驟3)的產(chǎn)物放入濃度為2％～20％的多元醛或有機二鹵化物溶液中進行交聯(lián)反應(yīng)；5)轉(zhuǎn)型，即將步驟4)的產(chǎn)物先后放入濃度為2～5N的酸溶液和濃度為0.01～1N的堿溶液中進行處理，即得螯合功能纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成方法，其特征在于聚乙烯亞胺的分子量為500～100000。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成方法，其特征在于所述金屬鹽溶液為銅、鉛、鋅、鎘、鈾的鹽溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螯合功能纖維及其合成方法。該功能纖維是將腈綸纖維水解后，采用化學(xué)方法將聚乙烯亞胺均勻地涂敷在腈綸纖維的外表面，再通過化學(xué)交聯(lián)使聚乙烯亞胺牢固地附著在載體纖維上而制得。該纖維性能穩(wěn)定，配位絡(luò)合能力強，吸附動力學(xué)好，吸附容量高，選擇性好，洗脫容易；機械強度好，不易斷裂、破損；生產(chǎn)安全，使用試劑無毒或低毒；對多種含重金屬、放射性金屬的工業(yè)廢水，以及HCl、SO
文檔編號D06M14/10GK1478950SQ0212905
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者陳兆文, 張琴 申請人:中國船舶重工集團公司第七研究院第七一八研究所, 中國船舶重工集團公司第七研究院第七