[发明专利]一种聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明公开了一种基于高分子聚乙烯纤维为基质的氨基修饰多孔螯合纤维及其制备方法，更具体的说是基于一种聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纤维及其制备方法。

背景技术：

近年来，我国重金属水污染日趋严重，特别是铅、镉等重金属离子对生态环境造成严重破坏，如何快速、高效去除水/废水中铅、镉等重金属离子成为水污染控制研究领域的热点问题。基于高分子聚合物材料的树脂型吸附剂具有吸附容量大、结构可调控、易于再生等优势被广泛应用于废水处理领域。采用纤维作为吸附材料应用到突发环境污染事件的处置目前已经引起人们的重视，因为纤维状吸附材料在形状上具有很强的可塑性，可适用于复杂多变的使用场合，也便于回收再生。研究报道了基于羊毛为基质的螯合纤维，对重金属离子具有一定的吸附去除效果；以及路健美等人合成了对疏水性油类物质有很好的吸附效果的海绵树脂。但是现有的纤维吸附材料都存在着以下的不足：1)采用羊毛等动物毛发作为基质材料，不仅来源困难，不适宜规模化生产，且制作成本较高，与处理和合成条件不易操作控制，尤其制备的吸附纤维对重金属离子的吸附容量较低，与传统的阳离子交换树脂相比还有一定的差距[1]M.Monier,N.Nawar,D.A.Abdel-Latif，Preparation and characterization of chelating fibers based on natural wool for removal of Hg(II),Cu(II)and Co(II)metal ions from aqueous solutions,J.Hazard.Mater.184(2010)118(莫尼等，用羊毛为纤维基体制备螯合纤维去除溶液中Hg(II),Cu(II)和Co(II)，《有毒物质》，2010年184期：118页。)；2)多数纤维吸附材料主要针对疏水性物质的吸附去除，而未考虑对亲水性物质，但近年来实际突发的水污染多为重金属离子污染。此前公开的专利“一种胺修饰的纤维状应急吸附材料及其制备方法”(申请号：2011104274558，公开号：CN102489268A)中制备的应急吸附纤维虽然可以克服动物毛发基质吸附纤维材料的不足，但依然存在着一些需要改进的地方：1)原有专利中的合成方法是先接枝再胺化的两步合成步骤，过程繁琐，不利于降低成本和提高产率；2)原有专利中的胺化反应采用乙二胺浸渍法，胺基含量不易提高；3)原有专利中的合成方法制得的纤维没有多孔结构，比表面积较低，不利于吸附。

因此，利用人工合成高分子纤维材料作为基质，采用更加简单的一步合成反应制备多孔、高含量功能基团的纤维状吸附材料，快速去除水/废水中铅、镉等重金属离子具有重要的实际应用价值。

发明内容：

1、发明要解决的技术问题

针对国外文献报道的动物毛发纤维材料的基质来源不易，对重金属的吸附效果也不如所述的理想，以及现有发明专利中胺修饰的纤维状应急吸附材料胺基含量低且无多孔结构和制备过程繁琐等缺陷，本发明提供了一种聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯多胺纤维及其制备方法，采用一步发泡聚合反应，制备高胺基含量的新型多孔、纤维状吸附材料。该发明不仅合成步骤简单，所制备的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺共聚物(简称：PE-MA-N)具有多孔结构、表面胺基含量高的优势，对水中铅、镉、铜等重金属离子平衡吸附量明显高于此前公开的专利(申请号：2011104274558，公开号：CN102489268A)中制备的胺修饰纤维状应急吸附材料。

2、技术方案

本发明所提供的聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺纤维是采用PE纤维与甲基丙烯酸、多乙烯胺经发泡聚合反应制备。

一种聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺纤维合成流程和纤维基本结构式如下：

其中x，y，m和n表示结构单元数量，均大于等于2。

所制备的多孔、纤维状共聚物直径55-65μm，胺基含量大于10mmol/g，孔径范围为2-8nm，比表面积大于100m²/g。

聚乙烯-甲基丙烯酸-多乙烯胺纤维的制备步骤为：

步骤(1)：聚乙烯(英文名称：polyethylene，简称PE，CAS登录号：9002-88-4)纤维预处理：

(a)抽提：将PE用有机溶剂在索氏抽提器中抽提4小时，然后在室温下晾干；

(b)溶胀：将经过抽提晾干后的PE纤维置于溶胀剂中溶胀。纤维的质量(g)与溶胀剂体积(ml)用量比例为1：20，溶胀温度为30℃，溶胀时间为4小时；