[发明专利]一种可同时吸附重金属离子和有机污染物的功能化纤维的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属功能高分子领域，具体涉及可同时吸附重金属离子和有机污染物的功能化纤维的制备方法。

背景技术：

20世纪以来科学技术突飞猛进的同时人类也为之付出了惨重的代价。工业“三废”、机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用，严重地污染了土壤、水质和大气。据报道，1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56t，Cd为88t，As为173t，Pb为226t。美国科学家对一些公路及城市的土壤进行化学分析，发现其中Pb的含量出奇的高，达到最大允许量的几十倍，甚至几百倍。多数重金属对人体、农作物、动物有毒害作用。如砷的中毒表现为皮肤病变、腿部坏疽以及患皮肤癌、肺癌、膀胱癌、肾癌等。重金属离子对水质会带来严重的污染，它不仅直接危及水中浮游动物的生存，可经过水生动物的鳃及体表进入其体内或粘附在体表，通过生物链不断富集对动植物的生命活动造成很大伤害，还会通过食物链进入人体，直接或间接的危及人类的健康。人类饮用这种水或食用富集重金属离子的鱼类等，会引起各种疾病，严重时会引起死亡。日本的水俣病(汞中毒)和疼痛病(镉中毒)就是重金属离子水没有得到有效处理而带来的悲剧。重金属污染已相当严重，其对环境和生物的危害极大，引起了世界各国科学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫。

目前我国对于水体和土壤中的重金属污染还没有很好的去除办法，工业中使用的重金属离子处理方法包括：化学沉淀法、电化学法、微生物法和吸附法[Joumal of Environmental Management，2011，92：407-418]。化学沉淀法在去除废水中重金属离子应用最广泛，其原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属离子转变为不溶于水的重金属化合物，然后再通过过滤和沉淀等步骤使沉淀物从水溶液中去除。由于处理过程要加入化学试剂，污泥在pH值改变的情况下会再度溶出造成二次污染，且操作条件复杂，处理后的出水浓度往往达不到要求，也不利于重金属的回收利用。电化学法利用金属的电化学性质，在阴极的电子被还原，使重金属离子从相对高浓度的溶液中分离出来，克服了沉淀法的二次污染问题。但该方法耗电量大，废水处理量小，出水水质差。利用细菌、真菌的生化代谢作用，也能将重金属元素与水体分离或降低其毒性，但这种方法受离子浓度、pH、温度等外界条件的影响较大，不易与水体分离，仅适用于重金属含量较高污水的辅助处理。

吸附法以吸附量大、吸附速率快、效率高成为目前广泛采用处理重金属废水的方法。吸附所使用的材料包括活性碳以及膨润土、矿物材料、果胶等。它们具有高的比表面积或表面具有高度发达的空隙结构，吸附能力强，去除率高，但价格贵，使用寿命短，重金属离子回收难等缺陷限制了其大规模的应用。含胺基(-NH₂)、羟基(-OH)和巯基(-SH)等不同类型功能基团的螯合树酯被广泛用于废水中重金属离子的去除研究，目前存在的主要问题在于树脂再生成本高和易造成环境的二次污染，此外，树脂吸附速率较慢，而且有机物的吸附往往造成树脂中孔径的堵塞而严重影响了其对重金属离子的吸附效率。

纤维材料与树脂相比，具有比表面大、吸附量高、交换与洗脱速度快、容易再生、可以制备成各种不同的形状，使用方便、应用形式多样等优点。魏俊富教授用伽马射线辐射接枝制备了酸性离子交换纤维，可以快速吸附Pb²⁺，Cu²⁺，Cr³⁺等重金属离子，例如对Pb²⁺的吸附量可以达到400mg/g，吸附速度很快，而且可以填充到柱中，制成无纺布、网等方式过滤，或者直接投入水体中使用，达到饱和吸附后用酸或NaCl就可以再生，重复使用【Jun Fu Wei，Zhi Peng Wang，Jing Zhang，Yue Ying Wu，Zheng Pu Zhang.Reactive & Functional Polymers，2005，65(1)：127-134】。该工艺简单，成本低，使用方便。

近年来，环境内分泌干扰物对人类健康及生态的危害越来越受到全世界的关注，并成为继臭氧层、地球气候变暖之后的第三大环境问题。环境内分泌干扰物广泛存在于我们的日常生活中，如合成洗涤剂、化妆品、农药及其降解物，用聚氯乙烯为原料的用品、含苯乙烯的聚氯乙烯方便盒、金属罐头内的金属防腐膜，垃圾焚烧产生的污染物等这些物质经过物理化学反应通过水和大气进人水生环境中，可对水生生物的生长、发育、繁殖及生存产生不利影响，最终在生态系统水平上引起效应。