[发明专利]一种酸性条件下催化水解聚丙烯腈材料的方法

说明书

本发明涉及一种酸性条件下催化水解聚丙烯腈材料的方法，属于功能高分子材料领域。将催化剂加入到酸性溶液中得到混合溶液，加热至60℃～130℃；再向混合溶液中加入PAN材料，反应0.5h～6h，反应结束后，取出材料，洗至中性，得到PAN‑COOH纤维。所述方法通过在反应液中添加催化剂，降低了反应溶液中氢离子的浓度，并提高了PAN材料在低浓度酸性溶液中的水解速率。

技术领域

本发明涉及一种酸性条件下催化水解聚丙烯腈(PAN)材料的方法，具体涉及一种通过在反应液中添加催化剂，提高PAN材料在低浓度的酸溶液中的水解速率，制备高强度羧酸型功能材料的方法，属于功能高分子材料领域。

背景技术

羧基(-COOH)作为一种功能性基团，能够赋予材料多种功效。在空气净化领域，含有羧基的材料能够有效清除空气中的碱性有害气体，净化人居环境。在污水处理领域，含有羧基的材料通过离子交换可以吸附水中的重金属离子，处理工业废水。在新材料领域，以含有羧基的材料为基体，接枝含胺基或其他基团的功能化合物，可以制备多种功能材料。

PAN含有在酸或碱性条件下可转变为羧基(-COOH)或羧基的金属盐(-COOM)的腈基(-CN)，是化学改性制备含羧基材料的主要基体。PAN材料的水解方法主要有两种：酸催化水解和碱催化水解。其中，酸催化水解常以高浓度无机酸溶液为反应液，加热条件下水解PAN纤维。反应过程中会用到大量的无机酸，并且高浓度酸不仅腐蚀设备且后处理困难。盐酸具有挥发性，导致沸腾时操作困难；高浓度硫酸溶液会使得PAN材料溶解，影响水解产物的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种酸性条件下催化水解聚丙烯腈(PAN)材料的方法。所述方法通过在反应液中添加催化剂，降低了反应溶液中氢离子的浓度，并提高了PAN材料在低浓度酸性溶液中的水解速率。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种酸性条件下催化水解聚丙烯腈材料的方法，所述方法步骤包括：

将催化剂加入到酸性溶液中得到混合溶液，加热至60℃～130℃；再向混合溶液中加入PAN材料，反应0.5h～6h，反应结束后，取出材料，洗至中性，得到PAN-COOH纤维。

所述催化剂为硝酸铋类氧化剂或氯化锌类过渡金属盐；优选所述催化剂为硝酸铋、氯化锌或硫酸镍。

所述酸性溶液为由酸性物质配置而成的溶液；优选酸性物质为无机酸；更优选酸性物质为硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)或硝酸(HNO₃)。

所述酸性溶液中氢离子(H⁺)的浓度为1mol/L～6mol/L。

所述混合溶液的溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；优选溶剂为去离子水。

所述催化剂中金属离子与H⁺的物质的量之比为1:100～1:10；优选所述催化剂中金属离子与H⁺的物质的量比为1:50～1:10。

所述混合溶液体积(mL)与PAN材料质量(g)的比例为100:1～5:1；优选所述混合溶液体积与PAN纤维质量的比例为50:1～8:1。

优选反应温度为80℃～120℃。

所述PAN材料包括纺织纤维、工程纤维、纱线、纱布、无纺布、水刺布以及针刺布。

优选在水解反应中通过搅拌起到强化传质作用。

有益效果