一種醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種核殼纖維的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，大量有害重金屬離子正伴隨采礦、冶煉、造紙、造船、 電鍍等工業(yè)活動(dòng)排放的廢水源源不斷地進(jìn)入水環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。工業(yè)廢水 中所含的重金屬離子主要有鉛、鎘、鎳、鉻、銅、汞、砷、鐵、鋅、鈷、釩等。這些重金屬離子本身 不能自行分解，具有很強(qiáng)的生理毒性和生物富集性。當(dāng)其流入江河湖泊后，水體將受到嚴(yán)重 污染，它還將隨食物鏈富集傳遞，危害到人體健康。例如過(guò)量的銅離子會(huì)引起虛弱、嗜睡和 厭食。高濃的汞會(huì)引起神經(jīng)行為障礙，注意缺陷多動(dòng)障礙和智力低下。過(guò)量的鎘會(huì)對(duì)腎有 一定的毒副作用。歷史上著名的八大公害事件中，日本的水俁病與痛痛病分別為甲基汞和 鎘污染水體后，居民食用被污染食品所造成。對(duì)含重金屬離子廢水，傳統(tǒng)的處理方法是采用 化學(xué)沉淀、離子交換、化學(xué)氧化與還原、反滲透、電滲析以及超濾等多種技術(shù)。然而，這些傳 統(tǒng)技術(shù)都存在一定程度的局限性，包括處理效率低、運(yùn)行條件嚴(yán)、處理費(fèi)用高以及產(chǎn)生二次 污染等。目前，采用吸附方法去除廢水中重金屬離子的技術(shù)得到了廣大環(huán)保工作者的青睞， 部分企業(yè)采用活性炭吸附處理工業(yè)廢水中重金屬離子，獲得了較好的效果，但是此技術(shù)需 要消耗大量活性炭，造成運(yùn)行成本過(guò)大。因此，亟待開(kāi)發(fā)運(yùn)行成本低、吸附能力強(qiáng)、處理效率 高、環(huán)保效益好的新型吸附劑。
[0003] 在眾多的具有重金屬離子吸附能力的材料中，聚甲基丙烯酸是一類重要的物質(zhì)。 聚甲基丙烯酸是一類具有重金屬離子吸附能力的螯合性樹(shù)脂，其吸附能力來(lái)自于其羧酸官 能團(tuán)。但聚甲基丙烯酸并不能直接用來(lái)吸附水中的重金屬離子，因?yàn)槠湓谒杏兄鴺O大的 溶解性。這種溶解性提高了其在水中的分散能力，能夠高效的吸附重金屬離子，但也大大增 加了從水中分離的難度。
[0004] 近幾年來(lái)，靜電紡絲被應(yīng)用在纖維素及其衍生物的靜電紡絲纖維在工程、化學(xué)和 生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。醋酸纖維素屬于半合成高分子材料，是纖維素的乙酸酯。它的特點(diǎn)是毒 性較小、黏度較大、成鹽時(shí)溶解度增大、成膜性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、并且具有良好的生物相容 性和可降解性。已有人通過(guò)在醋酸纖維素表面接枝一些基團(tuán)例如-COOH、-S03、_順2等，使 醋酸纖維素可以通過(guò)表面絡(luò)合機(jī)理對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附。但現(xiàn)有方法制備的表面改性醋 酸纖維素有吸附重金屬離子操作困難、制備方法復(fù)雜、吸附效果不佳和經(jīng)過(guò)一次吸附后纖 維形貌變化較大等一系列問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的表面改性醋酸纖維素吸附重金屬離子操 作困難、方法復(fù)雜、吸附效果不佳和經(jīng)過(guò)一次吸附后纖維形貌變化較大的問(wèn)題，而提供一種 醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的制備方法及其應(yīng)用。
[0006] -種醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的制備方法，是按以下步驟完成的：
[0007] -、制備紡絲溶液：
[0008] ①、將醋酸纖維素溶解到N，N-二甲基甲酰胺中，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~15%的醋 酸纖維素溶液；
[0009] ②、將聚甲基丙烯酸溶解到N，N-二甲基甲酰胺中，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%~20%的 聚甲基丙烯酸溶液；
[0010] ③、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %~15%的醋酸纖維素溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%~20%的聚甲 基丙烯酸溶液加入到密閉容器中，再在攪拌速度為l〇〇r/min~300r/min和溫度為50°C~ 90°C的條件下磁力攪拌2h~5h，得到紡絲原液；
[0011] 步驟一③中所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %~15%的醋酸纖維素溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 12%~20%的聚甲基丙烯酸溶液的體積比為15: (1~20);
[0012] 二、采用高壓靜電紡絲技術(shù)將步驟一中得到的紡絲原液紡制在鋁箔上，得到醋酸 纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維；
[0013] 步驟二中所述的高壓靜電紡絲技術(shù)的電壓為15kV~19kV，噴絲速度為lmL/h~ 3mL/h，紡絲噴絲頭與錯(cuò)箔的距離為10cm~15cm;所述的紡絲噴絲頭為單軸的噴絲頭。
[0014] -種醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維可以吸附溶液中的金屬陽(yáng)離子。
[0015]本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 一、本發(fā)明通過(guò)將聚甲基丙烯酸在醋酸纖維素表面反應(yīng)引入-C00H，通過(guò)絡(luò)合作用 吸附水中的重金屬離子；本發(fā)明利用相分離原理通過(guò)簡(jiǎn)單靜電紡絲的方法制備了醋酸纖維 素/聚甲基丙烯酸核殼纖維，方法簡(jiǎn)便，易于操作；而且最重要的是，醋酸纖維素和聚甲基 丙烯酸分子間具有很強(qiáng)的作用，在水中保持穩(wěn)定不分離；本發(fā)明使用的紡絲噴頭是單軸的 噴絲頭，依據(jù)相分離原理制備出通常同軸雙孔徑的噴絲頭才能制備出的核殼纖維；
[0017] 二、本發(fā)明解決了現(xiàn)有的表面改性醋酸纖維素纖維吸附重金屬離子制備方法復(fù) 雜，吸附效果不理想的問(wèn)題；本發(fā)明制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的制備方 法簡(jiǎn)單，吸附效果好便于重復(fù)使用且性能穩(wěn)定；
[0018] 三、本發(fā)明制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維吸附量大，且多次解析吸 附不會(huì)破壞纖維結(jié)構(gòu)，吸附量不會(huì)有大的變化可重復(fù)利用；
[0019] 四、lg本發(fā)明制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維吸附CuCl2溶液中Cu2+ 離子的質(zhì)量高達(dá)98mg。
[0020] 本發(fā)明可獲得一種醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為使用靜電紡絲制備的醋酸纖維素放大5000倍的SEM圖；
[0022] 圖2為使用靜電紡絲制備的聚甲基丙烯酸放大5000倍的SEM圖；
[0023] 圖3為實(shí)施方案一制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大5000倍的SEM 圖；
[0024] 圖4為實(shí)施方案一制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大20000倍的 TEM圖；
[0025] 圖5為實(shí)施方案二制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大5000倍的SEM 圖；
[0026] 圖6為實(shí)施方案二制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大8000倍的TEM 圖；
[0027] 圖7為實(shí)施方案三制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大5000倍的SEM 圖；
[0028] 圖8為實(shí)施方案三制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大15000倍的 TEM圖；
[0029] 圖9為實(shí)施方案四制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大5000倍的SEM 圖；
[0030] 圖10為實(shí)施方案四制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維放大15000倍的 TEM圖；
[0031] 圖11為紅外譜圖；圖11中1為使用靜電紡絲制備的醋酸纖維素的紅外曲線，2為 使用靜電紡絲制備的聚甲基丙烯酸的紅外曲線，3為實(shí)施方案一制備的醋酸纖維素/聚甲 基丙烯酸核殼纖維的紅外曲線，4為實(shí)施方案二制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖 維的紅外曲線，5為實(shí)施方案三制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的紅外曲線，6 為實(shí)施方案四制備的醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的紅外曲線。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0032] 一：本實(shí)施方式是一種醋酸纖維素/聚甲基丙烯酸核殼纖維的制備 方法是按以下步驟完成的：
[0033] -、制備紡絲溶液：
[0034] ①、將醋酸纖維素溶解到N，N_二甲基甲酰胺中，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~15%的醋 酸纖維素溶液；
[0035] ②、將聚甲基丙烯酸