[发明专利]一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离水中微量有害重金属离子的离子螯合纤维的制备方法，具体地涉及一种采用紫外光接枝法制备表面具有高含量离子螯合基团的聚丙烯基离子螯合纤维的方法。

技术背景

水是人类赖以生存和发展的物质基础，水中溶解的有害重金属离子污染物对人体健康具有潜在的威胁。例如镉被人体吸收后会对肾脏造成严重伤害，并且使人体骨骼变得松软，引起“骨痛病”。铅中毒通常导致肠绞痛、贫血和肌肉瘫痪等病症，严重时可发生脑病甚至导致死亡。我国在《生活饮用水卫生标准》中规定了某些重金属含量的限值，如镉0.005 mg/L、铅0.01 mg/L、铜1.0 mg/L等。但这些痕量的重金属离子仍会在人体内长期累积而对人体健康具有潜在的威胁。因此，有效地去除水中重金属离子成为一项富有挑战性的工作，已纳入我国“十二五”规划中。

传统的固相吸附剂如活性炭和离子交换树脂等多为粒子状吸附剂，吸附平衡时间长，选择性和再生性差，同时粒子状的吸附剂排列密集，容易堵塞填充柱。近年来，高分子螯合纤维对吸附金属离子具有较高的选择性，吸附速度快，吸附容量大，又便于以纤维束、网状等形式填充于分离柱中，使其在重金属离子回收、浓缩、富集和分离等领域显示出很好的应用前景。

聚丙烯纤维具有较好的机械性能和化学稳定性，且成本低廉、无毒，可以通过化学引发法、高能辐射引发法和紫外光引发法等对其表面改性来制备高分子螯合纤维。但目前在上述表面接枝方法中，功能单体如丙烯酸、丙烯腈和甲基丙烯酸等在聚丙烯纤维表面的接枝率都较低，从而纤维表面的螯合功能基团含量较少，对重金属离子的吸附能力有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面具有高含量离子螯合基团的聚丙烯基离子螯合纤维。采用紫外光照射法，以聚丙烯纤维为骨架，将丙烯酸功能单体和N，N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂接枝共聚在聚丙烯纤维表面。由于交联剂的引入，获得了具有高含量离子螯合基团的聚丙烯基离子螯合纤维，其接枝共聚率可达到230 %。为未来水中微量有害重金属离子分离技术的发展提出新途径。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法，其制备方法为紫外光表面接枝法，该方法包括以下步骤：

（1）将聚丙烯纤维先后用水和丙酮浸洗，以除去纤维表面的沙尘、污垢和油渍等杂质，干燥至恒重；

（2）紫外光表面接枝反应液的配制：在锥形瓶中加入功能单体、交联剂，其重量百分比浓度为单体的0.5 % ~ 10 %，加入光引发剂，其重量百分比浓度为单体的0.1 % ~ 1.0 %，采用超声波震荡至溶解；

（3）紫外光照射接枝反应：按比例将上述反应液均匀滴加在聚丙烯纤维表面上，放置于紫外光照射反应器中，密封后通入氮气30 min以排除氧气，开启高压汞灯照射5 ～ 25 min，光源的功率为500 W，紫外灯光源波长为365 nm，灯管距样品距离为5 ～ 25 cm，氮气流量为10 ～ 30 mL/min，照射后，将反应产物用去离子水漂洗至PH值呈中性，经去离子沸水洗涤、干燥，再以丙酮为溶剂索氏抽提24 h，干燥至恒重，得到表面具有高含量离子螯合基团的聚丙烯基离子螯合纤维。

所述的一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法，其高分子基体材料为熔融喷射制成的聚丙烯纤维。

所述的一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法，其功能单体为丙烯酸，其重量百分比浓度为聚丙烯纤维基体的10 % ~ 500 %。

所述的一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法，其光引发剂为二苯甲酮，其重量百分比浓度为单体的0.1 % ~ 1.0 %。

所述的一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维的制备方法，在紫外光照射接枝反应中加入提高产物接枝共聚率的交联剂，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺，其重量百分比浓度为单体的0.5 % ~ 10 %。本发明涉及的一种吸附重金属离子的聚丙烯基离子螯合纤维制备方法的步骤和条件如下：

本发明的主要特点如下：