一种醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种核壳纤维的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的快速发展，大量有害重金属离子正伴随采矿、冶炼、造纸、造船、 电镀等工业活动排放的废水源源不断地进入水环境中，对环境造成了严重危害。工业废水 中所含的重金属离子主要有铅、镉、镍、铬、铜、汞、砷、铁、锌、钴、钒等。这些重金属离子本身 不能自行分解，具有很强的生理毒性和生物富集性。当其流入江河湖泊后，水体将受到严重 污染，它还将随食物链富集传递，危害到人体健康。例如过量的铜离子会引起虚弱、嗜睡和 厌食。高浓的汞会引起神经行为障碍，注意缺陷多动障碍和智力低下。过量的镉会对肾有 一定的毒副作用。历史上著名的八大公害事件中，日本的水俣病与痛痛病分别为甲基汞和 镉污染水体后，居民食用被污染食品所造成。对含重金属离子废水，传统的处理方法是采用 化学沉淀、离子交换、化学氧化与还原、反渗透、电渗析以及超滤等多种技术。然而，这些传 统技术都存在一定程度的局限性，包括处理效率低、运行条件严、处理费用高以及产生二次 污染等。目前，采用吸附方法去除废水中重金属离子的技术得到了广大环保工作者的青睐， 部分企业采用活性炭吸附处理工业废水中重金属离子，获得了较好的效果，但是此技术需 要消耗大量活性炭，造成运行成本过大。因此，亟待开发运行成本低、吸附能力强、处理效率 高、环保效益好的新型吸附剂。
[0003] 在众多的具有重金属离子吸附能力的材料中，聚甲基丙烯酸是一类重要的物质。 聚甲基丙烯酸是一类具有重金属离子吸附能力的螯合性树脂，其吸附能力来自于其羧酸官 能团。但聚甲基丙烯酸并不能直接用来吸附水中的重金属离子，因为其在水中有着极大的 溶解性。这种溶解性提高了其在水中的分散能力，能够高效的吸附重金属离子，但也大大增 加了从水中分离的难度。
[0004] 近几年来，静电纺丝被应用在纤维素及其衍生物的静电纺丝纤维在工程、化学和 生物医学等领域。醋酸纤维素属于半合成高分子材料，是纤维素的乙酸酯。它的特点是毒 性较小、黏度较大、成盐时溶解度增大、成膜性好、化学稳定性高、并且具有良好的生物相容 性和可降解性。已有人通过在醋酸纤维素表面接枝一些基团例如-COOH、-S03、_順2等，使 醋酸纤维素可以通过表面络合机理对重金属离子进行吸附。但现有方法制备的表面改性醋 酸纤维素有吸附重金属离子操作困难、制备方法复杂、吸附效果不佳和经过一次吸附后纤 维形貌变化较大等一系列问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决现有方法制备的表面改性醋酸纤维素吸附重金属离子操 作困难、方法复杂、吸附效果不佳和经过一次吸附后纤维形貌变化较大的问题，而提供一种 醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的制备方法及其应用。
[0006] -种醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0007] -、制备纺丝溶液：
[0008] ①、将醋酸纤维素溶解到N，N-二甲基甲酰胺中，得到质量分数为1%~15%的醋 酸纤维素溶液；
[0009] ②、将聚甲基丙烯酸溶解到N，N-二甲基甲酰胺中，得到质量分数为12%~20%的 聚甲基丙烯酸溶液；
[0010] ③、将质量分数为1 %~15%的醋酸纤维素溶液和质量分数为12%~20%的聚甲 基丙烯酸溶液加入到密闭容器中，再在搅拌速度为l〇〇r/min~300r/min和温度为50°C~ 90°C的条件下磁力搅拌2h~5h，得到纺丝原液；
[0011] 步骤一③中所述的质量分数为1 %~15%的醋酸纤维素溶液与质量分数为 12%~20%的聚甲基丙烯酸溶液的体积比为15: (1~20);
[0012] 二、采用高压静电纺丝技术将步骤一中得到的纺丝原液纺制在铝箔上，得到醋酸 纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维；
[0013] 步骤二中所述的高压静电纺丝技术的电压为15kV~19kV，喷丝速度为lmL/h~ 3mL/h，纺丝喷丝头与错箔的距离为10cm~15cm;所述的纺丝喷丝头为单轴的喷丝头。
[0014] -种醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维可以吸附溶液中的金属阳离子。
[0015]本发明的原理和优点：
[0016] 一、本发明通过将聚甲基丙烯酸在醋酸纤维素表面反应引入-C00H，通过络合作用 吸附水中的重金属离子；本发明利用相分离原理通过简单静电纺丝的方法制备了醋酸纤维 素/聚甲基丙烯酸核壳纤维，方法简便，易于操作；而且最重要的是，醋酸纤维素和聚甲基 丙烯酸分子间具有很强的作用，在水中保持稳定不分离；本发明使用的纺丝喷头是单轴的 喷丝头，依据相分离原理制备出通常同轴双孔径的喷丝头才能制备出的核壳纤维；
[0017] 二、本发明解决了现有的表面改性醋酸纤维素纤维吸附重金属离子制备方法复 杂，吸附效果不理想的问题；本发明制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的制备方 法简单，吸附效果好便于重复使用且性能稳定；
[0018] 三、本发明制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维吸附量大，且多次解析吸 附不会破坏纤维结构，吸附量不会有大的变化可重复利用；
[0019] 四、lg本发明制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维吸附CuCl2溶液中Cu2+ 离子的质量高达98mg。
[0020] 本发明可获得一种醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维。
【附图说明】
[0021] 图1为使用静电纺丝制备的醋酸纤维素放大5000倍的SEM图；
[0022] 图2为使用静电纺丝制备的聚甲基丙烯酸放大5000倍的SEM图；
[0023] 图3为实施方案一制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大5000倍的SEM 图；
[0024] 图4为实施方案一制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大20000倍的 TEM图；
[0025] 图5为实施方案二制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大5000倍的SEM 图；
[0026] 图6为实施方案二制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大8000倍的TEM 图；
[0027] 图7为实施方案三制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大5000倍的SEM 图；
[0028] 图8为实施方案三制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大15000倍的 TEM图；
[0029] 图9为实施方案四制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大5000倍的SEM 图；
[0030] 图10为实施方案四制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维放大15000倍的 TEM图；
[0031] 图11为红外谱图；图11中1为使用静电纺丝制备的醋酸纤维素的红外曲线，2为 使用静电纺丝制备的聚甲基丙烯酸的红外曲线，3为实施方案一制备的醋酸纤维素/聚甲 基丙烯酸核壳纤维的红外曲线，4为实施方案二制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤 维的红外曲线，5为实施方案三制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的红外曲线，6 为实施方案四制备的醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的红外曲线。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0032] 一：本实施方式是一种醋酸纤维素/聚甲基丙烯酸核壳纤维的制备 方法是按以下步骤完成的：
[0033] -、制备纺丝溶液：
[0034] ①、将醋酸纤维素溶解到N，N_二甲基甲酰胺中，得到质量分数为1%~15%的醋 酸纤维素溶液；
[0035] ②、将聚甲基丙烯酸