一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料，包含45.0％-85.0質(zhì)量％的天然動物毛發(fā)纖維基質(zhì)和15.0％-55.0質(zhì)量％的接枝聚合于其上的聚丙烯基胺肟。本發(fā)明的纖維材料吸附能力可調(diào)，飽和吸附能力大，螯合能力強，被吸附的金屬離子不會輕易脫落；而且作為吸附材料可再生循環(huán)利用，可以作為吸附材料很好地應用在水質(zhì)凈化領(lǐng)域。
【專利說明】一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然高分子改性材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料及制備方法和用于吸附重金屬離子的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對自然礦產(chǎn)資源的開采，以及冶煉、加工和商業(yè)制造等活動的日益頻繁，大量重金屬離子如鎘、鉛、汞、鉻、銅等排放到自然環(huán)境中，對土壤，水體，以及大氣等都造成了嚴重的污染。處理污水中的重金屬離子方法有很多如生物法、催化法、膜工程法、電離輻射法、磁分離法等，吸附法也是其中一種重要的方法。通常所用的吸附材料包括無機吸附材料、酚醛樹脂吸附材料、聚苯乙烯-二乙烯基吸附材料、聚丙烯酸酯吸附材料、聚丙烯腈吸附材料、淀粉基吸附材料、纖維素吸附材料和殼聚糖基吸附材料等，但是上述吸附材料均存在后處理繁瑣、材料需要重新成型或者無法重復循環(huán)利用等不足。
[0003]在已公布的關(guān)于丙烯基胺肟材料吸附重金屬離子的研究中，使用的載體基質(zhì)多為人工合成的嵌段、接枝共聚物等，材料的耐受性不足，需要合成的基質(zhì)本來就需要耗費大量的原材料且會對環(huán)境造成污染。
[0004]針對所述問題，本發(fā)明提供了一種用于吸附重金屬的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維，其基質(zhì)原料來自于廢棄動物毛發(fā)，原料廉價易得；其吸附能力可調(diào)，飽和吸附能力大，螯合能力強，被吸附的離子不會輕易脫落，而且，該吸附材料可再生循環(huán)利用、無需再次成型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料，所述纖維材料以天然的動物毛發(fā)纖維作為基質(zhì)，聚丙烯基胺肟通過接枝的方式聚合在動物毛發(fā)基質(zhì)上，其含有大約45.0% -85.0質(zhì)量％的動物毛發(fā)和大約15.0% -55.0質(zhì)量％的聚丙烯基胺肟，優(yōu)選為大約55-70質(zhì)量％的動物毛發(fā)和大約30-45質(zhì)量％的聚丙烯基胺肟，特別是大約65%的動物毛發(fā)和大約35%的聚丙烯基胺肟。
[0006]所述纖維材料的接枝率為大約5% -65%，優(yōu)選大約20-55%。
[0007]在本發(fā)明的接枝纖維材料中，元素分析測定其C、H、N各元素的百分含量為大約:
[0008]C:41.13% -48.28%,
[0009]H:7.56%-6.86% 和
[0010]N:23.76%-16.08%。
[0011]所述動物毛發(fā)包括但不限于羊毛(包括山羊毛和綿羊毛)、兔毛、貓毛、狗毛、豬毛、馬毛、鳥類和禽類羽毛和人類頭發(fā)，優(yōu)選為羊毛和兔毛，更優(yōu)選為羊毛，特別是綿羊毛。
[0012]本發(fā)明所述的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料可以吸附銅、鎘、鉛、汞等重金屬離子。所述纖維材料對銅(Cu2+)、鎘(Cd2+)、鉛(Pb2+)、汞(Hg2+)的最大吸附量分別為:銅(Cu2+):19.1mg / g、鎘(Cd2+):15.8mg / g、鉛(Pb2+):26.5mg/g、萊(Hg2+):45.7mg / g。[0013]此外，本發(fā)明的纖維材料對陰離子如砷酸根、鉻酸根以及氟離子也具有一定的吸附能力。
[0014]本發(fā)明進一步涉及用于制備根據(jù)本發(fā)明的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料的方法，包括:
[0015]1)廢棄動物毛發(fā)的前處理以及活化:用水將廢棄動物毛發(fā)洗凈、丙酮脫脂，然后，在質(zhì)量分數(shù)均為大約0.2% -1.0%的硫化物和苛性堿的混合溶液中浸泡大約5-30分鐘作活化處理，混合溶液中硫化物溶液和苛性堿溶液的體積比為大約1: 3到3:1，優(yōu)選為大約1:1 ;其中1重量份動物毛發(fā)加入20-200重量份混合溶液，優(yōu)選1重量份動物毛發(fā)加入80-150重量份混合溶液；而后洗凈烘干；
[0016]2)動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈的合成:將I重量份的步驟1)中得到的動物毛發(fā)浸于60-100重量份的大約55°C-85°C的6mol / L_9mol / L尿素水溶液中，通氮氣大約15分鐘-30分鐘；然后加入引發(fā)劑，在充分攪拌的情況下逐滴加入4-15重量份丙烯腈，添加結(jié)束后持續(xù)通氮氣30分鐘以上，將反應裝置密封，反應大約6-24小時；反應結(jié)束后，將動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈分別用二甲基亞砜(DMSO)和二次水依次清洗三次；然后在大約40°C-60°C烘干;
[0017]3)動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟的合成:將I重量份步驟2)中得到的動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈于20-50重量份的摩爾濃度均為大約0.5-1.5mol / L的鹽酸羥胺和苛性堿類混合溶液中，在大約55°C _85°C反應大約2-8小時，其中鹽酸羥胺溶液和苛性堿溶液的體積比為大約1: 2到2: 1，優(yōu)選為大約1:1 ;反應結(jié)束后將產(chǎn)物洗凈烘干，得到動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料。
[0018]聚丙烯腈和聚丙烯基胺肟的結(jié)構(gòu)分別如下式A和B所示:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料，包含45.0% -85.0質(zhì)量％的天然動物毛發(fā)纖維基質(zhì)和15.0% -55.0質(zhì)量％的接枝聚合于其上的聚丙烯基胺肟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料，其中聚丙烯基胺肟的接枝率為5.0% -65.0質(zhì)量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料，其中所述纖維材料的元素分析測定其C、H、N各元素的百分含量為:
C:41.13% -48.28%,
H:7.56% -6.86%和
N:23.76% -16.08%。
4.制備如前述權(quán)利要求1-3任一項所述的動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料的方法，包括如下步驟:1)廢棄動物毛發(fā)的前處理以及活化；2)合成動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈；3)合成動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在步驟I)中，用水將廢棄動物毛發(fā)洗凈、丙酮脫月旨，然后在質(zhì)量分數(shù)均為0.2 %-1.0 %的硫化物和苛性堿的混合溶液中浸泡5-30分鐘作活化處理，混合溶液中硫化物和苛性堿溶液的體積比為1: 3到3: I;其中I重量份羊毛加入20-200重量份混合溶液；而后洗凈烘干； 在步驟2)中，將I重量份的步驟I)中得到的動物毛發(fā)浸于60-100重量份的55°C-85°C的6mol / L_9mol / L尿素水溶液中，通氮氣15-30分鐘；然后加入引發(fā)劑，在充分攪拌下逐滴加入4-15重量份丙烯腈，添加結(jié)束后持續(xù)通氮氣15-30分鐘，密封反應裝置反應6-24小時；反應結(jié)束后，將動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈分別用二甲基亞砜(DMSO)和二次水依次清洗三次；然后在40°C -60°C烘干； 在步驟3)中，將I重量份步驟2)中得到的動物毛發(fā)接枝聚丙烯腈于20-50重量份的摩爾濃度均為0.5-1.5mol / L的鹽酸羥胺和苛性堿的混合溶液中，在55°C _85°C反應2_8小時，其中鹽酸羥胺和苛性堿溶液的體積比為1: 2到2: I ;反應結(jié)束后將產(chǎn)物洗凈烘干，得到動物毛發(fā)接枝聚丙烯基胺肟纖維材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述硫化物為堿金屬硫化物；所述苛性堿為堿金屬氫氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述堿金屬硫化物為硫化鈉、硫化鉀和硫化鋰；所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋰。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述引發(fā)劑為水溶性的偶氮脒類引發(fā)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述引發(fā)劑為2，2_偶氮二(2-甲基丙基咪)二鹽酸鹽。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1-3中任一項所述的纖維材料作為吸附材料在水質(zhì)凈化領(lǐng)域中的用途。
【文檔編號】B01J20/30GK103721684SQ201310722838
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉瑞剛, 曹春, 康宏亮, 李偉偉, 黃勇 申請人:中國科學院化學研究所