一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法
【專利摘要】本發明涉及一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法，其特征在于回收方法由廢舊纖維素類織物的預處理、改性液的配制、改性反應工藝、鐵離子水溶液的配制和配位反應等五個步驟構成。其中廢舊纖維素類織物包括棉、麻等的機織物和針織物，改性劑是酒石酸，鐵離子的來源包括三氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵等。本發明方法對所有纖維素類織物均有回收效果，不僅解決了廢舊纖維素類織物的回收利用問題，還使得廢舊纖維素類織物能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率并減少了環境的污染，而且工藝中不使用酸堿催化劑，不會對環境造成二次污染，廢舊纖維素類織物的回收處理完全、徹底，處理工藝簡單、可連續化生產，對環境友好。
【專利說明】
一種廢I日纖維素類織物回收利用的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種利用廢舊纖維素類織物制備化工催化劑的方法，屬廢舊資源綜合利用及其催化劑制備方法的技術領域。
【背景技術】
[0002]在天然纖維之中，纖維素纖維不僅產量最高，而且是極其重要的紡織原料。據統計，全球每年的消耗量已高達2424.3萬噸以上，而我國的消耗量更是高達其中的40 %左右。近年來隨著人們物質文化生活水平的提高以及紡織工業的發展，使得紡織品使用周期相對以前大大地縮短，造成了很多紡織品的廢舊浪費。據統計，到2012年我國每年所存的廢舊紡織品數量已達2300萬噸。它們大部分被掩埋和焚燒，不僅污染了生態環境，而且是一種極大的浪費。因此，對廢舊紡織品尤其是廢舊纖維素類織物的回收再利用十分必要。
[0003]目前，針對廢舊紡織品的回收再利用主要有物理回收、能量回收和化學回收等三種方法。其中物理回收對纖維分類困難，適用性較差，同時回收利用技術要求高，前處理機器設備多，成本高，回收工藝復雜;能量回收是將廢舊紡織品中熱值較高的化學纖維通過焚燒轉化為熱量，而焚燒法不僅投資成本高，資源利用率低，而且會造成嚴重的大氣污染。
[0004]由鐵離子固定于負載材料表面而制成的非均相Fenton反應催化劑不僅可以顯著地促進有機污染物的降解反應，而且還具有PH適用性強和易于回收等優點。纖維素為天然高分子物，由于其分子結構中含有大量的羥基，因此可以使用環保無毒的酒石酸對廢舊纖維素類織物進行改性后與金屬離子進行配位反應得到廢舊纖維素類織物金屬配合物，然后將其作為非均相Fenton催化劑應用到工業廢水特別是紡織印染廢水中污染物如染料的氧化降解反應中，這不僅能解決廢舊纖維素類織物的回收利用問題，使得廢舊纖維素類織物能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中，而且還提供了一種有效降低工業廢水處理成本的方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是:提供了一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法，該方法主要是將廢舊纖維素類紡織品制備成非均相Fenton反應催化劑并將其應用到工業廢水的處理中。該方法對所有纖維素類織物均有回收效果，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率，降低了廢舊資源的回收和非均相Fenton催化劑的制備成本，減少了環境的污染。此外，由于所使用的廢舊纖維素類織物、酒石酸和無機鐵鹽均為綠色無毒且價廉的材料，而且纖維素纖維的酒石酸改性工藝簡單且易于工業化，所制備的催化劑對凈化水體環境具有良好的作用，這使得廢舊纖維素類織物的回收和催化劑的制備過程簡單化，容易操作，加工成本低，對環境友好，有利于工業化推廣。
[0006]本發明解決所述催化劑技術問題的技術方案是:一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法。其特征在于該方法由廢舊纖維素類織物的預處理、改性液的配制、改性反應工藝、鐵離子水溶液的配制和配位反應五個步驟組成，其中使用的廢舊纖維素類織物包括棉、麻和黏膠纖維等的機織物和針織物，鐵離子的來源包括三氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵等。且使用廢舊纖維素類織物所制備的催化劑對工業廢水中染料等有機污染物的氧化降解反應具有很高的催化活性，能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中，減少環境污染。
[0007]本發明解決所述制備方法技術問題的具體技術方案是:設計一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法，其采用下述工藝:
[0008]1.廢舊纖維素類織物的預處理:首先使用含有5.0g/L碳酸鈉和2.0g/L陰離子表面活性劑的水溶液在浴比為1:40的條件下對廢舊纖維素類織物煮沸處理30分鐘，然后使用蒸餾水對其進行充分水洗5-10次，并在超聲波清洗器中處理20分鐘，隨后將其置于丙酮溶液中在室溫和攪拌條件下處理40分鐘后，最后使用冷水反復洗滌后烘干備用；
[0009]2.改性液的配制:在室溫下配制酒石酸和磷酸二氫鈉的混合水溶液，其中酒石酸的濃度為10-200.0g/L，磷酸二氫鈉的濃度為5-90.0g/L，非離子滲透劑，1.0g/L，然后將該改性液靜置30分鐘后過濾備用；
[0010]3.改性反應工藝:使用上述配制的改性液將預處理后的廢舊纖維素類織物浸透10分鐘，使織物重量(克)和改性液體積(毫升)之比為1:50，然后取出織物并使用甩干機對進行脫水處理并保持其帶液率為100%。此處理過程重復兩次后將得到的織物置入熱定型機中在溫度為80 °C的條件下烘干5分鐘，然后在溫度為160-180 °C的條件下熱處理90秒得到酒石酸改性廢舊纖維素類織物；
[0011]4.鐵離子水溶液的配制:使用三氯化鐵配制摩爾濃度為0.20mol/L的鐵離子水溶液，然后將該鐵離子水溶液靜置2小時后過濾備用；
[0012]5.配位反應:將酒石酸改性廢舊纖維素類織物浸入上述鐵離子水溶液中，使改性廢舊纖維素類織物重量(克)和鐵離子水溶液體積(毫升)之比為1: 50，在500C、pH值為1.5-2.0和攪拌條件下進行配位反應，待反應進行1-3小時后得到酒石酸鐵改性廢舊纖維素類織物。將之取出后使用蒸餾水對其進行水洗5次，最后將其在100°C下烘干得到酒石酸鐵改性廢舊纖維素類織物催化劑。
[0013]與現有技術相比，本發明對所有纖維素類織物均有回收效果，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率，降低了廢舊資源的回收和非均相Fenton催化劑的制備成本，減少了環境的污染。此外，由于所使用的廢舊纖維素類織物、酒石酸和無機鐵鹽均為綠色無毒且價廉的材料，而且酒石酸改性工藝簡單且易于工業化，所制備的催化劑對凈化水體環境具有良好的作用，這使得廢舊纖維素類織物的回收利用及將其制備成催化劑的制備過程簡單化，容易操作，對環境友好，有利于工業化推廣。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明所述實施例1、實施例2和實施例3所得催化劑對酸性紅88氧化降解反應催化作用的效果對比圖。(測試條件:酸性紅A: 50mL 0.04mmol/L，Η2θ2: 4.5mmol/L，催化劑:0.584!1 = 6.0;輻射光:紫外光(36511111):0.60511^/0112，可見光(400-100011111):9.53\103mw/cm2)；
[0015]圖2為本發明所述實施例3、實施例4和實施例5所得催化劑對酸性紅A氧化降解反應催化作用的效果對比圖。(測試條件:酸性紅88: 50mL 0.04mmol/L ,H2O2: 4.5mmol/L，催化劑:0.5g，，pH=6.0;降解時間:60分鐘；輻射光:紫外光(365nm): 0.457mff/cm2，可見光(400-1000nm):4.987mff/cm2)；
【具體實施方式】
[0016]本發明解決所述催化劑技術問題的技術方案是:一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法，其特征在于本發明回收方法由廢舊纖維素類織物的預處理、改性液的配制、改性反應工藝、鐵離子水溶液的配制和配位反應等五個步驟構成。其中廢舊纖維素類織物包括棉、麻和黏膠纖維等的機織物和針織物，改性劑為酒石酸，鐵離子的來源包括三氯化鐵、硝酸鐵或硫酸鐵等。且使用廢舊纖維素類織物所制備的催化劑對染料等污染物的氧化降解反應具有較高的催化活性，能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中。該方法對所有纖維素類織物均有回收效果，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率，降低了廢舊資源的回收和非均相Fenton催化劑的制備成本，減少了環境的污染，對促進工業廢水特別是紡織印染廢水中污染物如染料的氧化降解反應有良好的催化活性。此外，由于所使用的酒石酸價格低廉、無毒無害，工藝中不使用酸堿催化劑，不會對環境造成二次污染，廢舊纖維素類織物的回收處理完全徹底。且制備工藝簡單、可工業化生產，這對于舊纖維素類織物的回收和催化劑的制備及應用奠定了基礎。
[0017]本發明方法通過改變廢舊纖維素類織物的性質、改性工藝中酒石酸濃度和磷酸鈉二氫鈉濃度等，可將廢舊纖維素類織物制備出一系列回收產品。
[0018]與現有回收技術相比，本發明對所有纖維素類織物均有回收效果，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率，降低了廢舊資源的回收和非均相Fenton催化劑的制備成本，減少了環境的污染。值得指出的是，與現有的廢舊資源回收技術相比，本發明不僅能解決廢舊纖維素類織物的回收利用問題，使得廢舊纖維素類織物能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中，而且還提供了一種有效降低工業廢水處理成本的方法。此外，酒石酸價格低廉，且制備工藝簡單、可工業化生產，這對于舊纖維素類織物的回收和催化劑的制備提供了一種新途徑。
[0019]實驗研究表明，在本發明中以廢舊纖維素類織物為原材料制備催化劑的存在下，酸性紅88在60min時的脫色率(D%)均大于70%，這證明本發明所制備的酒石酸鐵改性廢舊棉織物催化劑對染色廢水中染料的氧化降解反應具有良好的催化作用。在pH=6的條件下，分別將0.50g不同深淺顏色廢舊棉織物所制備的催化劑作為非均相Fenton反應催化劑應用于酸性紅88的脫色降解反應中以考察其催化活性。從圖1可以看出，在本發明所述廢舊棉織物改性鐵配合物催化劑存在下，酸性紅88的脫色率隨著反應時間的延長而逐漸升高，隨著廢舊棉織物的顏色加深而逐漸降低。
[0020]在PH= 6的條件下，分別將0.50g不同顏色廢舊棉織物所制備的催化劑應用于酸性紅88的脫色降解反應中以考察其的催化活性。從圖2可以看出，在本發明所述酒石酸鐵改性廢舊棉織物催化劑存在下，酸性紅88的脫色率隨著時間的延長而逐漸升高。
[0021]下面介紹本發明的具體實施例，但本發明權利要求不受這些具體實施例的限制:
[0022]實施例1
[0023]1.廢舊棉織物的預處理:首先使用含有5.0g/L碳酸鈉和2.0g/L陰離子表面活性劑的水溶液在浴比為1:40的條件下對廢舊纖維素類織物煮沸處理30分鐘，然后使用蒸餾水對其進行充分水洗5-10次，并在超聲波清洗器中處理20分鐘，隨后將其置于丙酮溶液中在室溫和攪拌條件下處理40分鐘后，最后使用冷水反復洗滌后烘干備用；
[0024]2.改性液的配制:在室溫下配制酒石酸和磷酸二氫鈉的混合水溶液，其中酒石酸濃度為100.0g/L，磷酸二氫鈉的濃度為50.0g/L，然后將此改性液靜置30分鐘后過濾備用；
[0025]3.改性反應工藝:使用上述配制的改性液將預處理后的淺紅色廢舊棉織物浸透，使織物重量(克)和改性液體積(毫升)之比為1:50，然后取出織物并使用甩干機對進行脫水處理并保持其帶液率為100%。此處理過程重復兩次后將得到的織物置入熱定型機中在溫度為80°C的條件下烘干5分鐘，然后在溫度為180°C的條件下熱處理50秒得到酒石酸改性淺紅色廢舊纖維素類織物；
[0026]4.鐵離子水溶液的配制:使用三氯化鐵配制摩爾濃度為0.20mol/L的鐵離子水溶液，然后將該鐵離子水溶液靜置2小時后過濾備用；
[0027]5.配位反應:將酒石酸改性廢舊淺紅色棉織物浸入上述鐵離子水溶液中，使改性廢舊淺紅色棉織物重量(克)和鐵離子水溶液體積(毫升)之比為1: 50，在500C、pH值為1.5-2.0和攪拌條件下進行配位反應，待反應進行3小時后得到酒石酸鐵改性廢舊淺紅色棉織物。將之取出后使用蒸餾水對其進行水洗5次，最后將其在50°C下真空烘干得到酒石酸改性鐵廢舊淺紅色棉織物催化劑。
[0028]實施例2
[0029]1.所述廢舊棉織物的顏色為中紅色，其余同實施例1中的步驟I。
[0030]2.所述酒石酸濃度設定為150.0g/L，磷酸二氫鈉濃度為70.0g/L，其余同實施例1中的步驟2。
[0031 ] 3.熱處理溫度為170°C，時間為90秒，其余工藝步驟與實施例1中的步驟3相同。
[0032]4.工藝步驟與實施例1中的步驟4相同。
[0033]5.工藝步驟與實施例1中的步驟5相同。得到酒石酸改性鐵廢舊中紅色棉織物催化劑。
[0034]實施例3
[0035]1.所述廢舊棉織物的顏色為深紅色，其余同實施例1中的步驟I。
[0036]2.所述酒石酸濃度設定為200.0g/L，磷酸二氫鈉濃度為90.0g/L，其余同實施例1中的步驟2。
[0037]3.熱處理溫度為160°C，時間為120秒，其余工藝步驟與實施例1中的步驟3相同。
[0038]4.工藝步驟與實施例1中的步驟4相同。
[0039 ] 5.工藝步驟與實施例1中的步驟5相同。得到酒石酸改性鐵廢I日深紅色棉織物鐵催化劑。
[0040]實施例4
[0041]1.所述廢舊棉織物的顏色為深黃色，其余同實施例1中的步驟I。
[0042]2.工藝步驟與實施例1中的步驟2相同。
[0043]3.所述酒石酸濃度設定為100.0g/L，磷酸二氫鈉濃度為50.0g/L，其余同實施例1中的步驟3。
[0044]4.工藝步驟與實施例1中的步驟4相同。
[0045]5.工藝步驟與實施例1中的步驟5相同。得到酒石酸改性鐵廢I日深黃色棉織物鐵催化劑。
[0046]實施例5
[0047]1.所述廢舊棉織物的顏色為深藍色，其余同實施例1中的步驟I。
[0048]2.工藝步驟與實施例1中的步驟2相同。
[0049]3.所述酒石酸濃度設定為100.0g/L，磷酸二氫鈉濃度為50.0g/L，其余同實施例1中的步驟3。
[0050]4.工藝步驟與實施例1中的步驟4相同。
[0051]5.工藝步驟與實施例1中的步驟5相同。得到酒石酸改性鐵廢舊深藍色棉織物催化劑。
[0052]綜上所述，本發明對所有纖維素類織物均有回收效果，有效地提高了廢舊纖維素類織物的回收利用率，降低了廢舊資源的回收和非均相Fenton催化劑的制備成本，減少了環境的污染。值得指出的是，與現有的廢舊資源回收技術相比，本發明不僅能解決廢舊纖維素類織物的回收利用問題，使得廢舊纖維素類織物能作為一種功能性材料重新使用到工業廢水的處理中，而且還提供了一種有效降低工業廢水處理成本的方法。此外，酒石酸價格低廉，且制備工藝簡單、可連續化生產，這對于舊纖維素類織物的回收和催化劑的制備及應用奠定了基礎。
【主權項】
1.一種廢舊纖維素類織物回收利用的方法，其采用下述工藝: 步驟1.廢舊纖維素類織物的預處理:首先使用含有5.0g/L碳酸鈉和2.0g/L陰離子表面活性劑的水溶液在浴比為1:40的條件下對廢舊纖維素類織物煮沸處理30分鐘，然后使用蒸餾水對其進行充分水洗5-10次，并在超聲波清洗器中處理20分鐘，隨后將其置于丙酮溶液中在室溫和攪拌條件下處理40分鐘后，最后使用冷水反復洗滌后烘干備用； 步驟2.改性液的配制:在室溫下配制酒石酸和磷酸二氫鈉的混合水溶液，其中酒石酸的濃度為10-200.0g/L，磷酸二氫鈉的濃度為5-90.0g/L，非離子滲透劑，1.0g/L，然后將該改性液靜置30分鐘后過濾備用； 步驟3.改性反應工藝:使用上述配制的改性液將預處理后的廢舊纖維素類織物浸透10分鐘，使織物重量和改性液體積之比為I克:50毫升，然后取出織物并使用甩干機對進行脫水處理并保持其帶液率為100%。此處理過程重復兩次后將得到的織物置入熱定型機中在溫度為80 °C的條件下烘干5分鐘，然后在溫度為160-180 °C的條件下熱處理90秒得到酒石酸改性廢I日纖維素類織物； 步驟4.鐵離子水溶液的配制:使用三氯化鐵配制摩爾濃度為0.20mol/L的鐵離子水溶液，然后將該鐵離子水溶液靜置2小時后過濾備用； 步驟5.配位反應:將酒石酸改性廢舊纖維素類織物浸入上述鐵離子水溶液中，使改性廢舊纖維素類織物重量和鐵離子水溶液體積之比為I克:50毫升，在50°C、pH值為1.5-2.0和攪拌條件下進行配位反應，待反應進行1-3小時后得到酒石酸鐵改性廢舊纖維素類織物。將之取出后使用蒸餾水對其進行水洗5次，最后將其在100°C下烘干得到酒石酸鐵改性廢舊纖維素類織物催化劑。
【文檔編號】C02F1/72GK105921174SQ201610343409
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】董永春, 劉廣增, 李育洲, 王鵬, 李冰
【申請人】天津工業大學