一種超聲輔助非織造布纖維表面膨化負(fù)載納米氧化鋅的制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于非織造布改性領(lǐng)域，特別涉及一種纖維表面膨化負(fù)載納米氧化鋅的制備方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們生活水平日益提高，但人口的過渡膨脹和人類對(duì)自然資源的盲目開采也導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，其中工業(yè)廢水和染料廢水亂排放的現(xiàn)象對(duì)水體污染的影響日益增加(孫發(fā)哲.納米ZnO及復(fù)合物的可控制備與光催化性能研究[D].華中科技大學(xué)，2013)。因此有效治理和控制水污染在環(huán)境治理中尤為重要。目前主要的治理途徑包括使用吸附劑對(duì)污染物進(jìn)行吸附，用絮凝劑進(jìn)行凝聚，利用微生物的代謝作用降解水中的污染物等等(王曉紅.木質(zhì)素在納米ZnO光催化劑制備及染料廢水處理中的應(yīng)用研究[D].江蘇大學(xué)，2014)。但這些途徑存在運(yùn)行費(fèi)用高、去污不徹底、使用范圍窄、回收困難等缺點(diǎn)，使得開發(fā)一種運(yùn)行費(fèi)用低、綠色環(huán)保且去污能力強(qiáng)的水污染處理方法變得越來越重要。納米氧化鋅(ZnO)是一種新型的多功能無機(jī)材料，由于其納米級(jí)別的粒徑使其具有大表面積，導(dǎo)致了它不同于普通氧化鋅的獨(dú)特?zé)o機(jī)納米粒子特性。由于納米ZnO晶粒的表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體不具有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和一系列優(yōu)異的電、磁、光等宏觀特性(CN103535376A;CN1724138A)。因此納米ZnO在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，尤其是納米ZnO的抗菌性能和光催化性能，在水污染處理和食品衛(wèi)生方面顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)(CN101525441A;CN102218316A)。然而，單純的納米氧化鋅粒子由于結(jié)構(gòu)與性能的缺陷，如顆粒易團(tuán)聚、難回收、制備困難等，極大的限制了其在水污染處理和食品衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用。[0003]另外，纖維素是自然界由植物經(jīng)光合作用產(chǎn)生的取之不盡用之不竭的天然高分子，廣泛存在于高等植物和部分細(xì)菌中。從纖維素原料提取出的纖維素納米晶(CNC)因其納米尺度(CNC的直徑為5?20nm，長(zhǎng)度10?1OOOnrn，長(zhǎng)徑比約為卜100)且表面極性基團(tuán)豐富，作為納米粒子的模板材料更具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力(CN102775643A)。[0004]非織造布作為一種新型的過濾材料，具有獨(dú)特的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、纖維間相互纏結(jié)、纖維之間空隙小、濾阻低、濾效高、機(jī)械性能好，體現(xiàn)出了良好的過濾能力，因此在污水處理領(lǐng)域得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。目前，非織造布與光催化降解技術(shù)聯(lián)用的研究尚處于起步階段，此類聯(lián)合工藝已凸顯其優(yōu)勢(shì)，必將成為污水處理的重要方法之一。目前國(guó)內(nèi)外光催化降解非織造布的制備工藝主要有生產(chǎn)光催化降解纖維法和對(duì)非織造布后處理法。前者將光催化納米粒子加入紡絲原液或母粒中得到含光催化納米粒子的纖維，再制成具有光催化降解功能的材料(CN104018235A)。此種方法僅僅適用于化學(xué)纖維且生產(chǎn)工藝會(huì)對(duì)納米粒子產(chǎn)生影響，同時(shí)只有部分納米粒子存在纖維表面，影響催化性能且浪費(fèi)原料。后者直接對(duì)制成的非織造布進(jìn)行后處理，如對(duì)非織造布進(jìn)行涂層處理黏合納米粒子(KimI，SonΗY，YangΜΥ，etal.B1inspiredDesignofanImmobilizat1nInterfaceforHighlyStable,RecyclableNanosizedCatalysts[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces，2015,7:14415-14422)，解決了纖維種類不受限制且不受非織造布其它成型環(huán)節(jié)影響的問題。但后處理過程需要添加一些化學(xué)助劑，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，違背了凈化水質(zhì)的初衷。因此找到一種能直接將納米粒子負(fù)載到非織造布上且綠色環(huán)保的方法迫在眉睫。[0005]本發(fā)明采用加熱超聲輔助纖維表面膨化，使無定形區(qū)的分子鏈活化。CNC作為“橋梁”與鋅離子結(jié)合，進(jìn)而使得不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)納米氧化鋅均勻負(fù)載在非織造布纖維表面。CNC因其納米尺度且表面富含高活性的羧基等陰離子，易與非織造布纖維的無定型區(qū)和鋅離子結(jié)合且結(jié)合牢固，解決納米氧化鋅難以直接負(fù)載非織造布的問題，且制造原料和工藝十分環(huán)保。本發(fā)明中納米氧化鋅在非織造布纖維表面呈現(xiàn)柱狀、花狀、簇狀等不同結(jié)構(gòu)，且含量可根據(jù)需要調(diào)控，滿足不同應(yīng)用需求，適應(yīng)性強(qiáng)?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種非織造布負(fù)載納米氧化鋅方法及其制備方法，本發(fā)明制備工藝高效環(huán)保，適合于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，所用的纖維素原料與化學(xué)藥品成本低廉;所制得的非織造布表面負(fù)載的氧化鋅有尺寸小、比表面積大、數(shù)量多、分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，有效地避免了單純的納米氧化鋅粒子顆粒易團(tuán)聚、難回收、制備困難等應(yīng)用瓶頸，且讓CNC和非織造布的特性得以高效利用。處理后的非織造布可循環(huán)使用，兼有抗菌、過濾、吸附和光催化能力，在醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全、污水處理等領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。[0007]本發(fā)明的一種超聲輔助非織造布纖維表面膨化負(fù)載納米氧化鋅的方法，包括:(1)將固含量為1?100g/L的纖維素納米晶(CNC)懸浮液和濃度為0.03?3mol/L的鋅鹽水溶液均勻混合，并導(dǎo)入超聲波發(fā)生器中；(2)將非織造布放入上述混合溶液中，加熱超聲0.1?3h，待反應(yīng)結(jié)束后，取出非織造布并放入堿液中浸漬0.1?2h，取出后在60?125°C下烘干0.5?20h；(3)向鋅鹽水溶液中加入氨水至溶液澄清，制成鋅氨溶液;將步驟(2)中的非織造布放入鋅氨溶液中冷熱交替浸漬1?100個(gè)周期，取出后在100?125°C下烘干0.5?20h，即得到表面均勻負(fù)載納米氧化鋅的彳_織造布。[0008]所述步驟(1)中的纖維素納米晶(CNC)的直徑為5?20nm，長(zhǎng)度10?lOOOnm，長(zhǎng)徑比為1?100，表面基團(tuán)為羧基(-C00H)、羥基(-0H)、硫酸根(S042—)和硝酸根(N03―)中的一種或幾種。[0009]所述步驟(1)和(3)中的鋅鹽為硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅和醋酸鋅中的一種，步驟(3)中鋅鹽水溶液的濃度為0.03?3mol/L。[0010]所述步驟(1)中的CNC懸浮液與鋅鹽水溶液的體積比為1?100:100。[0011]所述步驟(2)中的非織造布是由丙綸(PP)、滌綸(PET)、粘膠纖維、腈綸(PAN)、錦綸、棉、麻、富強(qiáng)纖維或維綸制造而成。[0012]所述步驟(2)中的超聲波儀器功率為100?5000W，加熱溫度35?100°C。[0013]所述步驟(2)中的堿液為氫氧化|丐(Ca(0H)2)溶液、氫氧化鈉(NaOH)溶液、氫氧化鉀(Κ0Η)溶液和氨水(順3.H2O)中的一種，堿液濃度為0.01?10mol/L。[0014]所述步驟(3)中的氨水濃度為1?10mol/L;配制的鋅氨溶液pH為10?12。[0015]所述步驟(3)中的冷熱交替浸漬是將樣品分別浸入溫度為室溫和70?98°C的鋅氨溶液中。此為一個(gè)周期，循環(huán)周期總時(shí)間為0.1?1Oh。[0016]所述步驟(3)中，表面負(fù)載納米氧化鋅的非織造布中，納米氧化鋅的直徑為5?800nm，非織造布質(zhì)量增加10%?50%o[0017]有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著特點(diǎn):(1)本發(fā)明所提出的制備工藝簡(jiǎn)便易操作，易于控制，不需要特別制造的設(shè)備，所使用的纖維素原料與化學(xué)藥品成本低廉，整個(gè)制備過程對(duì)環(huán)境無污染，，適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。[0018](2)本發(fā)明采用加熱超聲輔助纖維表面膨化，使無定形區(qū)的分子鏈活化。CNC作為“橋梁”與鋅離子結(jié)合，進(jìn)而使得不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)納米氧化鋅均勻負(fù)載在非織造布纖維表面。CNC因其納米尺度且表面富含高活性的羧基等陰離子，易與非織造布纖維的無定型區(qū)和鋅離子結(jié)合且結(jié)合牢固，解決納米氧化鋅難以直接負(fù)載非織造布的問題，且制造原料和工藝十分環(huán)保。本發(fā)明使得CNC和非織造布的優(yōu)異特性得以高效利用。[0019](3)本發(fā)明制備的表面負(fù)載納米氧化鋅非織造布在保留非織造布性能的同時(shí)，還兼有抗菌、光降解、抗紫外、可重復(fù)利用等能力，在醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全、污水處理等領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景?！靖綀D說明】[0020]圖1為未經(jīng)處理非織造布(a)和表面負(fù)載氧化鋅非織造布(b)的掃描電鏡圖。[0021]圖2為表面負(fù)載氧化鋅非織造布在不同光照時(shí)間降解甲基藍(lán)的紫外可見光譜圖及染料降解效果對(duì)比圖當(dāng)前第1頁1 2