一種絲瓜絡基陽離子交換纖維的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種絲瓜絡基陽離子交換纖維的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 離子交換材料在重金屬離子廢水、印染廢水等工業廢水處理領域有著廣泛的應 用。目前，以不可再生的化石能源為原料制備的樹脂/纖維等化工產品是市場上最常見，也 是應用最廣泛的離子交換材料；然而隨著化石能源的消耗及環境污染的日益嚴重，利用天 然可再生資源，開發環境友好產品和技術將成為科學研宄的必然趨勢，因此開發和利用天 然生物質基離子交換材料有著非常重要的意義。近年來，對稻殼、棕櫚、花生殼、甘蔗渣及絲 瓜絡等農林廢棄物進行改性制備具有離子交換功能的吸附劑的研宄很多。
[0003] 絲瓜絡是絲瓜果實中多方向的纖維層組成的三維纖維素束管，主要由纖維素、半 纖維素和木質素組成。絲瓜絡不僅具有產量高、廉價、可降解和環境友好等特點，而且其表 面多孔，機械性能優越。因此，可對絲瓜絡表面進行功能化接枝改性，以賦予其離子交換性 能。對絲瓜絡進行接枝改性的方法有很多，主要有化學接枝、高能輻射接枝、等離子接枝和 光化學接枝等。化學接枝雖設備簡單，但反應一旦進行，極易發生均聚且反應條件不易控 制。高能輻射和等離子體接枝反應比較迅速，接枝范圍可以控制，但對接枝的條件和設備要 求較高，且對基材本體有傷害。以上接枝方法雖能實現接枝目的，但都有接枝率低、接枝成 本高、單體的利用率低、不易實現大規模的生產的通病。相對而言，光化學接枝更易實現接 枝目的，其原理是通過紫外光照射技術，在光敏劑的作用下，將含有活性基團的大分子通過 化學鍵合的方式固定（接枝）在基材表面而可長期實現材料的改性性能。專利CN103223354 公布了一種經過預處理、活化、交聯、接枝等系列步驟對絲瓜絡進行化學接枝改性，具有 耗時短、耗能少、制備成本低，且產品的吸附性能好，回收和再生簡單方便等特點。專利 CN103566907、專利CN104447009和專利CN103933950分別公布了以均苯四甲酸二酐、半胱 氨酸以及固載離子液體對絲瓜絡進行修飾賦予其良好的吸附性能，產品均較好的機械性能 和重復使用性能，對含鉻、銅、鉛、汞等重金屬離子均有較好的吸附能力。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在于提供一種操作簡單、接枝均勻、吸附容量大、能重復使用的陽離子 交換纖維的制備方法
[0005] 為達到上述目的，采用技術方案如下：
[0006] 一種絲瓜絡基陽離子交換纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0007] 1)將生長成熟的絲瓜絡風干或烘干后，去除表皮和內部的種子，剪成塊狀絲瓜 絡；
[0008] 2)將塊狀絲瓜絡用沸水洗滌、烘干，浸沒于光敏劑溶液中避光浸泡，浸泡至揮發分 完全揮發；其中光敏劑溶液為二苯甲酮溶于揮發性有機溶劑制得，濃度為〇. 2~1.0 wt% ;
[0009] 3)將上步所得塊狀絲瓜絡浸沒于接枝液，紫外光照射下進行接枝反應，反應完成 后水洗、丙酮抽提，烘干后得到絲瓜絡基陽離子交換纖維；其中接枝液為丙烯酸水溶液，濃 度為2. 5~20wt%。
[0010] 按上述方案，所述易揮發有機溶劑乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮的任意一種。
[0011] 按上述方案，步驟2)中的烘干溫度低于90°C。
[0012] 本發明接枝反應光照過程中要保證接枝液完全浸沒絲瓜絡，反應可在空氣及惰性 氛圍中進行，在惰性氛圍中可縮短光照時間。紫外光源可以為高壓汞燈或氫燈、氙燈，波長 范圍200~400nm。反應完成用沸水洗滌殘留丙烯酸單體，并在索氏提取器中用丙酮抽提以 洗去短鏈自聚物。
[0013] 本發明有益效果在于：
[0014] 本發明利用常規的紫外光引發技術，而且采用先光敏劑負載后溶液接枝的方法， 操作簡單提高了接枝率；將具有官能團的丙烯酸單體通過鍵合的方式，由表及里引入到天 然纖維絲瓜絡表面，提高了光敏劑、接枝單體的利用率。
[0015] 紫外光照的過程中，絲瓜絡浸沒在丙烯酸水溶液中，不僅有利于接枝單體與基材 的浸潤，而且有利于接枝產物的溶脹，從而實現"以接枝增溶脹，以溶脹促接枝"的有益接枝 過程。
[0016] 本發明中絲瓜絡基陽離子交換纖維離子交換容量高，對Ce' Cu2+、Ni2+分別可達 358. 80mg/g，259. 78mg/g，278. 54mg/g。
[0017] .本發明中，絲瓜絡的前處理過程中不需要用強堿活化，只需沸水洗滌即可，無需 嚴格控制反應氛圍，工藝簡單，設備常見，更易于規模化生產；且產品比表面積大，交換速率 快，脫吸附簡單、工業應用形態較好。
【附圖說明】
[0018] 圖1、2 :實施例2接枝前絲瓜絡不同倍數掃描電鏡圖；
[0019] 圖3、4 :實施例2接枝后絲瓜絡不同倍數掃描電鏡圖；
[0020] 圖5 :本發明絲瓜絡基陽離子交換纖維對鈰離子的再生使用性能。
【具體實施方式】
[0021 ] 以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。
[0022] 本發明提供一種絲瓜絡基陽離子交換纖維的制備過程如下：
[0023] 將自然生長成熟的絲瓜絡經自然風干或烘干后，切割，除去表皮和孔隙內部的絲 瓜種子，并剪成塊狀絲瓜絡。
[0024] 將塊狀絲瓜絡放入沸水中沸煮20~40min，用蒸餾水反復清洗以出去表面雜質， 烘干。
[0025] 將烘干的塊狀絲瓜絡放在一定體積的光敏劑/有機溶劑中，避光浸泡，浸泡至揮 發分完全揮發。光敏劑為二苯甲酮溶于易揮發有機溶劑制得，濃度為0.2~l.Owt%。所述 易揮發有機溶劑乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮等沸點低于90°C的有機溶劑的任意一種。
[0026] 將步驟3中塊狀絲瓜絡放入石英玻璃反應釜中，加入一定體積的接枝液，在紫外 光照射下進行接枝反應。反應完成用沸水洗滌殘留丙烯酸單體，并在索氏提取器中用丙酮 抽提以洗去短鏈自聚物，烘干后即得到一種絲瓜絡基陽離子交換纖維。丙烯酸/水溶液作 為接枝液，接枝液濃度2. 5~20.0 wt %。
[0027] 反應可在空氣及惰性氛圍中進行，在惰性氛圍中可縮短光照時間。紫外光源可以 為高壓汞燈或氫燈、氙燈，波長范圍200~400nm。反應完成用沸水洗滌殘留丙烯酸單體，并 在索氏提取器中用丙酮抽提以洗去短鏈自聚物。 M -Mn
[0028] 本發明中無紡布接枝率計算公式為：P = -xlG()%，其中P為接枝率（％)， Mx為樣品接枝反應后的質量（g) Wtl為樣品接枝前的質量（g)。
[0029] 實施例1
[0030] 先將自然生長成熟的