發(fā)布時間：2020-12-14所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：離子交換纖維是一類具有吸附分離作用的功能材料，纖維上的活性中心主要包括酸性、堿性、螯合等功能基團(tuán)，可與帶化學(xué)電荷的目標(biāo)離子進(jìn)行交換[1]。離子交換纖維的表面積大，直徑小，具有明顯的動力學(xué)性能，如遷移距離短、吸附速率快、離子去除率高等。本
摘要：離子交換纖維是一類具有吸附分離作用的功能材料，纖維上的活性中心主要包括酸性、堿性、螯合等功能基團(tuán)，可與帶化學(xué)電荷的目標(biāo)離子進(jìn)行交換[1]。離子交換纖維的表面積大，直徑小，具有明顯的動力學(xué)性能，如遷移距離短、吸附速率快、離子去除率高等。本文對新型離子交換纖維材料的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行分析，以供參考。
關(guān)鍵詞：離子交換纖維;材料應(yīng)用;研究進(jìn)展
引言
我國對離子交換纖維的研究開始于20世紀(jì)60年代，中山大學(xué)制備了各類性能很好的離子交換材料，如強(qiáng)弱酸性離子交換材料、中空離子交換材料、半碳化離子交換材料等，由于離子交換纖維具有吸附-解脫速度快、滲透壓穩(wěn)定性高、外比表面積大、傳質(zhì)距離短等優(yōu)勢，而且在凈化廢水的同時還能實現(xiàn)金屬的資源化回收，近年來在重金屬廢水治理方面得到了很好的應(yīng)用。
1PAN基弱堿性離子交換纖維的表征
1.1熱重分析
對PAN纖維和改性纖維進(jìn)行熱穩(wěn)定分析，相較于PAN纖維失重，改性纖維在100℃多了一個失重峰，這是由于纖維吸附水的熱脫附引起的。改性纖維從200到500℃有一個大的失重峰，這是由多胺基團(tuán)的熱分解造成的。500℃之后是纖維骨架高溫碳化造成的緩慢失重。在800℃時，PAN纖維總失重率約為60%，改性纖維總失重率約為80%�？梢钥闯觯啾扔赑AN纖維，接枝改性后的纖維，穩(wěn)定性稍有下降，但是改性所接枝的官能團(tuán)在溫度達(dá)到200℃以上才開始分解，纖維骨架在500℃才緩慢分解，這說明改性纖維具有很好的熱穩(wěn)定性。
相關(guān)期刊推薦：《化工技術(shù)與開發(fā)》(月刊)創(chuàng)刊于1972年，由廣西化工研究院主辦。是面向石油化工行業(yè)科技、技術(shù)工作者的省級技術(shù)刊物。旨在推廣石油化工行業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)、科技新理念，交流生產(chǎn)新經(jīng)驗，為廣大科研工作者和一線生產(chǎn)人員提供技術(shù)交流平臺，推動石油化工行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。
1.2影響土壤中Pb吸收和吸附的因素
食物是否被吸收到同一個重金屬中主要取決于土壤和植物種類的合理特性[15]。當(dāng)重金屬進(jìn)入土壤時，會產(chǎn)生一系列影響金屬有效性和分散性的合理化反應(yīng)，只有可溶、可交換等離子體細(xì)胞才能直接被植物吸收。Ph值、有機(jī)組織、碳酸含量、氧氣供應(yīng)等的變化可能會影響土壤中重金屬的有效濃度。重金屬降低了土壤中微生物的大小。土壤微生物只能在6.5-7.5 ph的環(huán)境中移動。Ph值越高，土壤越鈍于重金屬顆粒，使更多金屬附著于土壤，降低土壤重金屬的生物性質(zhì)，從而減少重金屬對植物的不利影響。土壤在小麥營養(yǎng)中的價值雖然略有變化，但始終保持在8.3-8.7的范圍內(nèi)，部分降低了土壤中重金屬的生物性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤酶的營養(yǎng)轉(zhuǎn)化和動態(tài)，從而降低土壤質(zhì)量。等離子體交換纖維通過其豐富的器官連接生物上有效的重金屬分子。本研究通過吸收一定數(shù)量的Pb離子交換纖維提高了小麥成熟程度，從而減少了Pb對小麥的流量，進(jìn)一步減少了Pb在顆粒中的積累。也就是說離子交換纖維對土壤中的石油燈有一定的吸引力，土壤中的石油化學(xué)比土壤中的纖維更好地結(jié)合了土壤中的三層纖維。
2新型離子交換纖維材料的應(yīng)用研究
2.1空氣凈化防護(hù)
工業(yè)生產(chǎn)過程中，不可避免地會產(chǎn)生二氧化硫、氟化氫、氨和氮氧化物等氣體污染物。近年來，離子交換纖維材料在空氣凈化和保護(hù)方面也發(fā)揮了重要作用。合成設(shè)計了一種對二氧化碳具有良好吸附效果的聚丙烯基多胺纖維材料，室溫條件下，胺基官能團(tuán)的利用率為88.2%，最高吸附容量為5.64mmol·g-1。分別將3種弱酸性、強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性離子交換纖維用于汽車尾氣中顆粒粉塵的去除，3種材料對PM2.5均有明顯的捕集能力，其中弱酸性離子交換纖維的捕集率最高為87.5%。針對空氣中的HF、SO2、HCl等酸性污染物的去除做了大量的工作，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FA-1型離子交換纖維對酸性氣體具有良好的耐酸、抗氧化性能，在不同濕度環(huán)境中均發(fā)揮了優(yōu)異的去除性能。以FibanAK-22弱堿性纖維為吸附劑，設(shè)計了一套凈化空氣中的酸性介質(zhì)的設(shè)備，研究了空氣流速、酸性介質(zhì)HCl的濃度等因素對該設(shè)備吸附HCl尾氣的影響，結(jié)果表明，吸附過程中存在著強(qiáng)鍵和弱鍵兩種作用方式。
2.2食品脫色及醫(yī)藥分離
離子交換纖維在中藥有效成分的提取、純化等方面也有較多的文獻(xiàn)報道。將強(qiáng)堿性離子交換纖維用于溶液中葛根素的提取，通過靜態(tài)吸附和柱吸附實驗，確定了最佳的工藝方案，難溶性藥物與離子交換纖維的復(fù)合物起到了改善難溶性藥物溶出度的作用。通過研究聚乙烯醇陽離子交換纖維的載藥釋藥機(jī)制，發(fā)現(xiàn)離子交換纖維由于其獨特的表面結(jié)構(gòu)，可有效提高載藥和釋藥的速度，改善難溶性藥物的溶出度，是一種比較理想的藥物輔料。紅霉素工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)酵液需要進(jìn)行脫色處理，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和純度。采用一種聚丙烯基強(qiáng)堿性陰離子交換纖維對紅霉素發(fā)酵液進(jìn)行脫色，考察了脫色時間、pH值等因素對脫色性能的影響，在適宜的操作條件下，脫色率可達(dá)80%以上，并且紅霉素的損耗率不高于1.5%，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
3離子交換纖維制備進(jìn)展
3.1纖維素基纖維
纖維素是一種大分子多糖,廣泛存在于天然植物當(dāng)中。纖維素纖維主要是以木材、甘蔗渣等天然植物為原料,經(jīng)溶解后紡成纖維。纖維素纖維是最早用于離子交換纖維開發(fā)的纖維基質(zhì)。采用棉纖維基質(zhì)與甲基咪唑類離子液體加熱反應(yīng),制得弱咪唑基功能纖維,纖維對六價鉻的吸附容量可達(dá)196.1mg/g。利用纖維素纖維在堿性條件下與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng),得到環(huán)氧纖維素纖維。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步與環(huán)糊精反應(yīng)制備了螯合纖維,纖維對Cu2+的最大吸附量為6.24mg/g。利用粘膠纖維經(jīng)化學(xué)引發(fā)接枝丙烯酰胺,在三乙烯四胺溶液中最終反應(yīng)制得多胺功能纖維,對二氧化碳有良好的富集性能,吸附量為4.08mmol/g。
3.2聚丙烯腈基纖維
聚丙烯腈纖維是一種傳統(tǒng)的化學(xué)合成纖維,常用于家紡行業(yè)。其價格低廉,并具有良好的親水性能。聚丙烯腈纖維富含腈基官能團(tuán),該結(jié)構(gòu)可以與多種化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)。在4wt%氫氧化鈉乙醇混合溶液中浸泡聚丙烯腈纖維,通過水解反應(yīng)得到富含羧基的功能纖維,在研究過程中發(fā)現(xiàn)部分腈基可以水解成酰胺基,最終形成多嵌段共聚物。用工業(yè)腈綸與聚乙烯多胺在反應(yīng)器中反應(yīng),制備了多種結(jié)構(gòu)相似的多胺離子交換纖維,纖維全交換容量最高為10.0mmol/g,對二氧化硫氣體具有良好的富集性能。在酸性條件下水解腈綸后,與氯化亞砜反應(yīng)形成酰氯,然后在室溫下與亞氨基二乙酸反應(yīng)制得亞氨基二乙酸螯合纖維,對Nd3+具有良好的吸附性能。
3.3新型纖維材料
近年來,隨著紡織技術(shù)的快速發(fā)展,一些新型工程纖維開始用于離子交換功能纖維開發(fā)。聚四氟乙烯纖維是一種性能優(yōu)良的工程材料,常用于高溫、強(qiáng)腐蝕等特殊領(lǐng)域。在聚四氟乙烯纖維基質(zhì)上輻照接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯,然后與聚乙烯亞胺反應(yīng)制得弱堿性離子交換纖維,其對膽紅素具有良好的吸附能力。聚苯硫醚(PPS)纖維是一種新型特種塑料纖維。分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替組成。聚苯硫醚纖維含有豐富的苯環(huán)單元,可以直接功能化得到各種離子交換纖維。以聚苯硫醚纖維為基體,經(jīng)氯甲基化反應(yīng)后,與N-甲基咪唑加熱制得含有咪唑基的弱堿性功能纖維。玻璃纖維是一種無機(jī)非金屬材料,主要由玻璃球經(jīng)高溫熔融紡絲而成。具有耐腐蝕性好、耐熱性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點。在玻璃纖維材料的表面噴涂聚乙烯亞胺,制得亞胺型功能纖維,該材料對蒸汽中的CO2氣體具有較好的凈化能力。
結(jié)束語
綜上所述，離子交換纖維是一種新型的吸附材料，具有較大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)、傳質(zhì)距離短、吸附與解吸速度快等特點，近年來被廣泛用于水體等物質(zhì)中金屬離子、有機(jī)酸、氣體的吸附，但目前尚未見有將其用來吸附土壤重金屬的研究報道。——論文作者：繆永成 李朋
