[发明专利]强碱性阴离子交换纤维和制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种强碱性阴离子交换纤维和制备方法及应用，具体为含季铵基团的强碱性阴离子交换纤维的制造方法技术以及其的相关应用。

背景技术

离子交换纤维(IEF)具有比表面积大、交换与洗脱速度快、容易再生、吸附量高、流体阻力小、过滤能耗低、容易制备成各种不同的形状、应用形式多样、使用方便等优点。目前，离子交换纤维已应用于废水、废气的净化、环保、离子交换、分离分析、贵重金属及其他有用物质的回收等领域。

强碱性阴离子交换纤维的制备方法归纳起来可分为两大类：一类是共混物或共聚物成纤并功能基化法。如将聚苯乙烯和聚丙烯切片共混，熔融纺丝制成中空型聚苯乙烯基纤维，再经过氯甲基化与胺基化，制备成阴离子交换纤维。但是氯甲基化的常用原料氯甲醚或者二氯甲醚具有强烈的致癌性，而且氯甲基化反应中还伴有亚甲基的附加交联而使交换容量降低。另一类是通过天然或合成纤维改性制备离子交换纤维的方法。主要包括官能团的化学转变、接枝共聚反应等。魏俊富等曾利用聚丙烯纤维辐照接枝丙烯酸(AA)与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)制备了同时含有羧基与季铵基的强碱弱酸性离子交换纤维(CN 101768865A)；赵亮等曾以腈纶纤维为原料，与多胺基化合物反应引入胺基，利用胺基与缩水甘油醚三甲基氯化铵反应制备得到强碱性阴离子交换纤维(CN 101879466A)。然而这些方法也存在一定的不足，如强碱弱酸性离子交换纤维中由于羧基的存在会影响离子交换纤维对阴离子的吸附性能；而腈纶纤维在应用上，机械强度与稳定性亦不及聚丙烯纤维。这些方法有间接产生有毒或致癌物造成潜在危险，而且反应条件苛刻，过程繁琐复杂，成本昂贵等。

发明内容

本发明的目的是提供一种强碱性阴离子交换纤维和制备方法及应用，可以克服现有的技术不足。本发明中合成了两种新型的强碱性阴离子交换纤维PP-g-VAm-ETA和PP-g-VAm-DAC，具有比表面大，吸附量高，交换洗脱速度快等特点，并且容易制备成各种不同的形状，使用方便，可以广泛的应用于污水处理、纸张增强及油田开采等领域。

本发明提供的强碱性阴离子交换纤维是以弱碱性PP-g-VAm纤维为母体，通过季铵化反应，在纤维结构中引入含季铵基团的强碱性阴离子基团。所述的季铵基团为：2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)。

纤维中2，3-环氧丙基三甲基氯化铵季铵基含量为2.4105～4.2018mmol/g(干纤维)；纤维中丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵季铵基含量为2.5567～4.2217mmol/g(干纤维)。

本发明提供的强碱性阴离子交换纤维的制备方法包括的步骤：

1)在空气气氛、20～25℃下，采用⁶⁰Coγ射线将聚丙烯(PP)纤维以2kGy/h的剂量率进行预辐照20kGy～50kGy(10～25h)后于-20℃冷冻，再与硫酸亚铁铵(Mohr’s盐)、丙烯酰胺(AAm)的水溶液混合。其中，预辐照后的聚丙烯(PP)纤维与丙烯酰胺单体质量比为1∶1～1∶10，丙烯酰胺单体浓度(体积百分比)控制在5％～40％，硫酸亚铁铵(Mohr’s盐)浓度为0.01～10％。通氮气保护，在60～80℃下进行接枝反应4～6h，接枝纤维在稀盐酸溶液中浸泡16～24h，放入索氏提取器中用水提取6～10h，以去除AAm单体及其均聚物。在50～60℃，-0.07～-0.09MPa条件下真空干燥20～24h，可以得到接枝率87％～310％的PP-g-AAm纤维。

在空气气氛、20～25℃下用γ射线预辐照接枝反应制备PP-g-AAm纤维的最优选条件为：预辐照后的聚丙烯(PP)纤维与丙烯酰胺单体质量比为1∶1～1∶10，预辐照剂量40kGy，剂量率2kGy/h，预辐照后的聚丙烯(PP)纤维与丙烯酰胺单体质量比为1∶3，丙烯酰胺单体浓度20％，硫酸亚铁铵浓度控制在0.25％，70℃下反应4h，接枝率可以达到220％，即接枝纤维上酰胺基含量为9.67mmol/g。

2)室温20～25℃下将PP-g-AAm接枝纤维置于水中充分溶涨24～48h，在-15℃～0℃下，加入计量的NaOH溶液和NaClO溶液反应8～12h。其中，酰胺基团与次氯酸钠的质量比为1∶0.5～4；次氯酸钠与氢氧化钠的质量比为1∶10～50；酰胺基团与氢氧化钠的质量比为1∶10～50。