[发明专利]一种超声辅助非织造布纤维表面膨化负载纳米氧化锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非织造布改性领域，特别涉及一种纤维表面膨化负载纳米氧化锌的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，社会经济迅猛发展，人们生活水平日益提高，但人口的过渡膨胀和人类对自然资源的盲目开采也导致了严重的环境污染，其中工业废水和染料废水乱排放的现象对水体污染的影响日益增加（孙发哲.纳米ZnO及复合物的可控制备与光催化性能研究[D].华中科技大学,2013）。因此有效治理和控制水污染在环境治理中尤为重要。目前主要的治理途径包括使用吸附剂对污染物进行吸附，用絮凝剂进行凝聚，利用微生物的代谢作用降解水中的污染物等等（王晓红.木质素在纳米ZnO光催化剂制备及染料废水处理中的应用研究[D].江苏大学,2014）。但这些途径存在运行费用高、去污不彻底、使用范围窄、回收困难等缺点，使得开发一种运行费用低、绿色环保且去污能力强的水污染处理方法变得越来越重要。纳米氧化锌（ZnO）是一种新型的多功能无机材料，由于其纳米级别的粒径使其具有大表面积，导致了它不同于普通氧化锌的独特无机纳米粒子特性。由于纳米ZnO晶粒的表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和一系列优异的电、磁、光等宏观特性（CN103535376A；CN1724138A）。因此纳米ZnO在许多领域有着广阔的应用前景，尤其是纳米ZnO的抗菌性能和光催化性能，在水污染处理和食品卫生方面显示了独特的优势（CN101525441A；CN102218316A）。然而，单纯的纳米氧化锌粒子由于结构与性能的缺陷，如颗粒易团聚、难回收、制备困难等，极大的限制了其在水污染处理和食品卫生领域的应用。

另外，纤维素是自然界由植物经光合作用产生的取之不尽用之不竭的天然高分子，广泛存在于高等植物和部分细菌中。从纤维素原料提取出的纤维素纳米晶（CNC）因其纳米尺度（CNC的直径为5~20nm，长度10~1000nm，长径比约为1~100）且表面极性基团丰富，作为纳米粒子的模板材料更具有强大的应用潜力（CN102775643A）。

非织造布作为一种新型的过滤材料，具有独特的三维立体网状结构、纤维间相互缠结、纤维之间空隙小、滤阻低、滤效高、机械性能好，体现出了良好的过滤能力，因此在污水处理领域得到越来越广泛的关注和应用。目前，非织造布与光催化降解技术联用的研究尚处于起步阶段，此类联合工艺已凸显其优势，必将成为污水处理的重要方法之一。目前国内外光催化降解非织造布的制备工艺主要有生产光催化降解纤维法和对非织造布后处理法。前者将光催化纳米粒子加入纺丝原液或母粒中得到含光催化纳米粒子的纤维，再制成具有光催化降解功能的材料（CN104018235A）。此种方法仅仅适用于化学纤维且生产工艺会对纳米粒子产生影响，同时只有部分纳米粒子存在纤维表面，影响催化性能且浪费原料。后者直接对制成的非织造布进行后处理，如对非织造布进行涂层处理黏合纳米粒子（KimI,SonHY,YangMY,etal.BioinspiredDesignofanImmobilizationInterfaceforHighlyStable,RecyclableNanosizedCatalysts[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015，7：14415-14422），解决了纤维种类不受限制且不受非织造布其它成型环节影响的问题。但后处理过程需要添加一些化学助剂，会对环境造成污染，违背了净化水质的初衷。因此找到一种能直接将纳米粒子负载到非织造布上且绿色环保的方法迫在眉睫。

本发明采用加热超声辅助纤维表面膨化，使无定形区的分子链活化。CNC作为“桥梁”与锌离子结合，进而使得不同拓扑结构纳米氧化锌均匀负载在非织造布纤维表面。CNC因其纳米尺度且表面富含高活性的羧基等阴离子，易与非织造布纤维的无定型区和锌离子结合且结合牢固，解决纳米氧化锌难以直接负载非织造布的问题，且制造原料和工艺十分环保。本发明中纳米氧化锌在非织造布纤维表面呈现柱状、花状、簇状等不同结构，且含量可根据需要调控，满足不同应用需求，适应性强。

发明内容