一种废旧纤维素类织物回收利用的方法
【专利摘要】本发明涉及一种废旧纤维素类织物回收利用的方法，其特征在于回收方法由废旧纤维素类织物的预处理、改性液的配制、改性反应工艺、铁离子水溶液的配制和配位反应等五个步骤构成。其中废旧纤维素类织物包括棉、麻等的机织物和针织物，改性剂是酒石酸，铁离子的来源包括三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等。本发明方法对所有纤维素类织物均有回收效果，不仅解决了废旧纤维素类织物的回收利用问题，还使得废旧纤维素类织物能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率并减少了环境的污染，而且工艺中不使用酸碱催化剂，不会对环境造成二次污染，废旧纤维素类织物的回收处理完全、彻底，处理工艺简单、可连续化生产，对环境友好。
【专利说明】
一种废I日纤维素类织物回收利用的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种利用废旧纤维素类织物制备化工催化剂的方法，属废旧资源综合利用及其催化剂制备方法的技术领域。
【背景技术】
[0002]在天然纤维之中，纤维素纤维不仅产量最高，而且是极其重要的纺织原料。据统计，全球每年的消耗量已高达2424.3万吨以上，而我国的消耗量更是高达其中的40 %左右。近年来随着人们物质文化生活水平的提高以及纺织工业的发展，使得纺织品使用周期相对以前大大地缩短，造成了很多纺织品的废旧浪费。据统计，到2012年我国每年所存的废旧纺织品数量已达2300万吨。它们大部分被掩埋和焚烧，不仅污染了生态环境，而且是一种极大的浪费。因此，对废旧纺织品尤其是废旧纤维素类织物的回收再利用十分必要。
[0003]目前，针对废旧纺织品的回收再利用主要有物理回收、能量回收和化学回收等三种方法。其中物理回收对纤维分类困难，适用性较差，同时回收利用技术要求高，前处理机器设备多，成本高，回收工艺复杂;能量回收是将废旧纺织品中热值较高的化学纤维通过焚烧转化为热量，而焚烧法不仅投资成本高，资源利用率低，而且会造成严重的大气污染。
[0004]由铁离子固定于负载材料表面而制成的非均相Fenton反应催化剂不仅可以显著地促进有机污染物的降解反应，而且还具有PH适用性强和易于回收等优点。纤维素为天然高分子物，由于其分子结构中含有大量的羟基，因此可以使用环保无毒的酒石酸对废旧纤维素类织物进行改性后与金属离子进行配位反应得到废旧纤维素类织物金属配合物，然后将其作为非均相Fenton催化剂应用到工业废水特别是纺织印染废水中污染物如染料的氧化降解反应中，这不仅能解决废旧纤维素类织物的回收利用问题，使得废旧纤维素类织物能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中，而且还提供了一种有效降低工业废水处理成本的方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是:提供了一种废旧纤维素类织物回收利用的方法，该方法主要是将废旧纤维素类纺织品制备成非均相Fenton反应催化剂并将其应用到工业废水的处理中。该方法对所有纤维素类织物均有回收效果，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率，降低了废旧资源的回收和非均相Fenton催化剂的制备成本，减少了环境的污染。此外，由于所使用的废旧纤维素类织物、酒石酸和无机铁盐均为绿色无毒且价廉的材料，而且纤维素纤维的酒石酸改性工艺简单且易于工业化，所制备的催化剂对净化水体环境具有良好的作用，这使得废旧纤维素类织物的回收和催化剂的制备过程简单化，容易操作，加工成本低，对环境友好，有利于工业化推广。
[0006]本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是:一种废旧纤维素类织物回收利用的方法。其特征在于该方法由废旧纤维素类织物的预处理、改性液的配制、改性反应工艺、铁离子水溶液的配制和配位反应五个步骤组成，其中使用的废旧纤维素类织物包括棉、麻和黏胶纤维等的机织物和针织物，铁离子的来源包括三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等。且使用废旧纤维素类织物所制备的催化剂对工业废水中染料等有机污染物的氧化降解反应具有很高的催化活性，能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中，减少环境污染。
[0007]本发明解决所述制备方法技术问题的具体技术方案是:设计一种废旧纤维素类织物回收利用的方法，其采用下述工艺:
[0008]1.废旧纤维素类织物的预处理:首先使用含有5.0g/L碳酸钠和2.0g/L阴离子表面活性剂的水溶液在浴比为1:40的条件下对废旧纤维素类织物煮沸处理30分钟，然后使用蒸馏水对其进行充分水洗5-10次，并在超声波清洗器中处理20分钟，随后将其置于丙酮溶液中在室温和搅拌条件下处理40分钟后，最后使用冷水反复洗涤后烘干备用；
[0009]2.改性液的配制:在室温下配制酒石酸和磷酸二氢钠的混合水溶液，其中酒石酸的浓度为10-200.0g/L，磷酸二氢钠的浓度为5-90.0g/L，非离子渗透剂，1.0g/L，然后将该改性液静置30分钟后过滤备用；
[0010]3.改性反应工艺:使用上述配制的改性液将预处理后的废旧纤维素类织物浸透10分钟，使织物重量(克)和改性液体积(毫升)之比为1:50，然后取出织物并使用甩干机对进行脱水处理并保持其带液率为100%。此处理过程重复两次后将得到的织物置入热定型机中在温度为80 °C的条件下烘干5分钟，然后在温度为160-180 °C的条件下热处理90秒得到酒石酸改性废旧纤维素类织物；
[0011]4.铁离子水溶液的配制:使用三氯化铁配制摩尔浓度为0.20mol/L的铁离子水溶液，然后将该铁离子水溶液静置2小时后过滤备用；
[0012]5.配位反应:将酒石酸改性废旧纤维素类织物浸入上述铁离子水溶液中，使改性废旧纤维素类织物重量(克)和铁离子水溶液体积(毫升)之比为1: 50，在500C、pH值为1.5-2.0和搅拌条件下进行配位反应，待反应进行1-3小时后得到酒石酸铁改性废旧纤维素类织物。将之取出后使用蒸馏水对其进行水洗5次，最后将其在100°C下烘干得到酒石酸铁改性废旧纤维素类织物催化剂。
[0013]与现有技术相比，本发明对所有纤维素类织物均有回收效果，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率，降低了废旧资源的回收和非均相Fenton催化剂的制备成本，减少了环境的污染。此外，由于所使用的废旧纤维素类织物、酒石酸和无机铁盐均为绿色无毒且价廉的材料，而且酒石酸改性工艺简单且易于工业化，所制备的催化剂对净化水体环境具有良好的作用，这使得废旧纤维素类织物的回收利用及将其制备成催化剂的制备过程简单化，容易操作，对环境友好，有利于工业化推广。
【附图说明】
[0014]图1为本发明所述实施例1、实施例2和实施例3所得催化剂对酸性红88氧化降解反应催化作用的效果对比图。(测试条件:酸性红A: 50mL 0.04mmol/L，Η2θ2: 4.5mmol/L，催化剂:0.584!1 = 6.0;辐射光:紫外光(36511111):0.60511^/0112，可见光(400-100011111):9.53\103mw/cm2)；
[0015]图2为本发明所述实施例3、实施例4和实施例5所得催化剂对酸性红A氧化降解反应催化作用的效果对比图。(测试条件:酸性红88: 50mL 0.04mmol/L ,H2O2: 4.5mmol/L，催化剂:0.5g，，pH=6.0;降解时间:60分钟；辐射光:紫外光(365nm): 0.457mff/cm2，可见光(400-1000nm):4.987mff/cm2)；
【具体实施方式】
[0016]本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是:一种废旧纤维素类织物回收利用的方法，其特征在于本发明回收方法由废旧纤维素类织物的预处理、改性液的配制、改性反应工艺、铁离子水溶液的配制和配位反应等五个步骤构成。其中废旧纤维素类织物包括棉、麻和黏胶纤维等的机织物和针织物，改性剂为酒石酸，铁离子的来源包括三氯化铁、硝酸铁或硫酸铁等。且使用废旧纤维素类织物所制备的催化剂对染料等污染物的氧化降解反应具有较高的催化活性，能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中。该方法对所有纤维素类织物均有回收效果，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率，降低了废旧资源的回收和非均相Fenton催化剂的制备成本，减少了环境的污染，对促进工业废水特别是纺织印染废水中污染物如染料的氧化降解反应有良好的催化活性。此外，由于所使用的酒石酸价格低廉、无毒无害，工艺中不使用酸碱催化剂，不会对环境造成二次污染，废旧纤维素类织物的回收处理完全彻底。且制备工艺简单、可工业化生产，这对于旧纤维素类织物的回收和催化剂的制备及应用奠定了基础。
[0017]本发明方法通过改变废旧纤维素类织物的性质、改性工艺中酒石酸浓度和磷酸钠二氢钠浓度等，可将废旧纤维素类织物制备出一系列回收产品。
[0018]与现有回收技术相比，本发明对所有纤维素类织物均有回收效果，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率，降低了废旧资源的回收和非均相Fenton催化剂的制备成本，减少了环境的污染。值得指出的是，与现有的废旧资源回收技术相比，本发明不仅能解决废旧纤维素类织物的回收利用问题，使得废旧纤维素类织物能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中，而且还提供了一种有效降低工业废水处理成本的方法。此外，酒石酸价格低廉，且制备工艺简单、可工业化生产，这对于旧纤维素类织物的回收和催化剂的制备提供了一种新途径。
[0019]实验研究表明，在本发明中以废旧纤维素类织物为原材料制备催化剂的存在下，酸性红88在60min时的脱色率(D%)均大于70%，这证明本发明所制备的酒石酸铁改性废旧棉织物催化剂对染色废水中染料的氧化降解反应具有良好的催化作用。在pH=6的条件下，分别将0.50g不同深浅颜色废旧棉织物所制备的催化剂作为非均相Fenton反应催化剂应用于酸性红88的脱色降解反应中以考察其催化活性。从图1可以看出，在本发明所述废旧棉织物改性铁配合物催化剂存在下，酸性红88的脱色率随着反应时间的延长而逐渐升高，随着废旧棉织物的颜色加深而逐渐降低。
[0020]在PH= 6的条件下，分别将0.50g不同颜色废旧棉织物所制备的催化剂应用于酸性红88的脱色降解反应中以考察其的催化活性。从图2可以看出，在本发明所述酒石酸铁改性废旧棉织物催化剂存在下，酸性红88的脱色率随着时间的延长而逐渐升高。
[0021]下面介绍本发明的具体实施例，但本发明权利要求不受这些具体实施例的限制:
[0022]实施例1
[0023]1.废旧棉织物的预处理:首先使用含有5.0g/L碳酸钠和2.0g/L阴离子表面活性剂的水溶液在浴比为1:40的条件下对废旧纤维素类织物煮沸处理30分钟，然后使用蒸馏水对其进行充分水洗5-10次，并在超声波清洗器中处理20分钟，随后将其置于丙酮溶液中在室温和搅拌条件下处理40分钟后，最后使用冷水反复洗涤后烘干备用；
[0024]2.改性液的配制:在室温下配制酒石酸和磷酸二氢钠的混合水溶液，其中酒石酸浓度为100.0g/L，磷酸二氢钠的浓度为50.0g/L，然后将此改性液静置30分钟后过滤备用；
[0025]3.改性反应工艺:使用上述配制的改性液将预处理后的浅红色废旧棉织物浸透，使织物重量(克)和改性液体积(毫升)之比为1:50，然后取出织物并使用甩干机对进行脱水处理并保持其带液率为100%。此处理过程重复两次后将得到的织物置入热定型机中在温度为80°C的条件下烘干5分钟，然后在温度为180°C的条件下热处理50秒得到酒石酸改性浅红色废旧纤维素类织物；
[0026]4.铁离子水溶液的配制:使用三氯化铁配制摩尔浓度为0.20mol/L的铁离子水溶液，然后将该铁离子水溶液静置2小时后过滤备用；
[0027]5.配位反应:将酒石酸改性废旧浅红色棉织物浸入上述铁离子水溶液中，使改性废旧浅红色棉织物重量(克)和铁离子水溶液体积(毫升)之比为1: 50，在500C、pH值为1.5-2.0和搅拌条件下进行配位反应，待反应进行3小时后得到酒石酸铁改性废旧浅红色棉织物。将之取出后使用蒸馏水对其进行水洗5次，最后将其在50°C下真空烘干得到酒石酸改性铁废旧浅红色棉织物催化剂。
[0028]实施例2
[0029]1.所述废旧棉织物的颜色为中红色，其余同实施例1中的步骤I。
[0030]2.所述酒石酸浓度设定为150.0g/L，磷酸二氢钠浓度为70.0g/L，其余同实施例1中的步骤2。
[0031 ] 3.热处理温度为170°C，时间为90秒，其余工艺步骤与实施例1中的步骤3相同。
[0032]4.工艺步骤与实施例1中的步骤4相同。
[0033]5.工艺步骤与实施例1中的步骤5相同。得到酒石酸改性铁废旧中红色棉织物催化剂。
[0034]实施例3
[0035]1.所述废旧棉织物的颜色为深红色，其余同实施例1中的步骤I。
[0036]2.所述酒石酸浓度设定为200.0g/L，磷酸二氢钠浓度为90.0g/L，其余同实施例1中的步骤2。
[0037]3.热处理温度为160°C，时间为120秒，其余工艺步骤与实施例1中的步骤3相同。
[0038]4.工艺步骤与实施例1中的步骤4相同。
[0039 ] 5.工艺步骤与实施例1中的步骤5相同。得到酒石酸改性铁废I日深红色棉织物铁催化剂。
[0040]实施例4
[0041]1.所述废旧棉织物的颜色为深黄色，其余同实施例1中的步骤I。
[0042]2.工艺步骤与实施例1中的步骤2相同。
[0043]3.所述酒石酸浓度设定为100.0g/L，磷酸二氢钠浓度为50.0g/L，其余同实施例1中的步骤3。
[0044]4.工艺步骤与实施例1中的步骤4相同。
[0045]5.工艺步骤与实施例1中的步骤5相同。得到酒石酸改性铁废I日深黄色棉织物铁催化剂。
[0046]实施例5
[0047]1.所述废旧棉织物的颜色为深蓝色，其余同实施例1中的步骤I。
[0048]2.工艺步骤与实施例1中的步骤2相同。
[0049]3.所述酒石酸浓度设定为100.0g/L，磷酸二氢钠浓度为50.0g/L，其余同实施例1中的步骤3。
[0050]4.工艺步骤与实施例1中的步骤4相同。
[0051]5.工艺步骤与实施例1中的步骤5相同。得到酒石酸改性铁废旧深蓝色棉织物催化剂。
[0052]综上所述，本发明对所有纤维素类织物均有回收效果，有效地提高了废旧纤维素类织物的回收利用率，降低了废旧资源的回收和非均相Fenton催化剂的制备成本，减少了环境的污染。值得指出的是，与现有的废旧资源回收技术相比，本发明不仅能解决废旧纤维素类织物的回收利用问题，使得废旧纤维素类织物能作为一种功能性材料重新使用到工业废水的处理中，而且还提供了一种有效降低工业废水处理成本的方法。此外，酒石酸价格低廉，且制备工艺简单、可连续化生产，这对于旧纤维素类织物的回收和催化剂的制备及应用奠定了基础。
【主权项】
1.一种废旧纤维素类织物回收利用的方法，其采用下述工艺: 步骤1.废旧纤维素类织物的预处理:首先使用含有5.0g/L碳酸钠和2.0g/L阴离子表面活性剂的水溶液在浴比为1:40的条件下对废旧纤维素类织物煮沸处理30分钟，然后使用蒸馏水对其进行充分水洗5-10次，并在超声波清洗器中处理20分钟，随后将其置于丙酮溶液中在室温和搅拌条件下处理40分钟后，最后使用冷水反复洗涤后烘干备用； 步骤2.改性液的配制:在室温下配制酒石酸和磷酸二氢钠的混合水溶液，其中酒石酸的浓度为10-200.0g/L，磷酸二氢钠的浓度为5-90.0g/L，非离子渗透剂，1.0g/L，然后将该改性液静置30分钟后过滤备用； 步骤3.改性反应工艺:使用上述配制的改性液将预处理后的废旧纤维素类织物浸透10分钟，使织物重量和改性液体积之比为I克:50毫升，然后取出织物并使用甩干机对进行脱水处理并保持其带液率为100%。此处理过程重复两次后将得到的织物置入热定型机中在温度为80 °C的条件下烘干5分钟，然后在温度为160-180 °C的条件下热处理90秒得到酒石酸改性废I日纤维素类织物； 步骤4.铁离子水溶液的配制:使用三氯化铁配制摩尔浓度为0.20mol/L的铁离子水溶液，然后将该铁离子水溶液静置2小时后过滤备用； 步骤5.配位反应:将酒石酸改性废旧纤维素类织物浸入上述铁离子水溶液中，使改性废旧纤维素类织物重量和铁离子水溶液体积之比为I克:50毫升，在50°C、pH值为1.5-2.0和搅拌条件下进行配位反应，待反应进行1-3小时后得到酒石酸铁改性废旧纤维素类织物。将之取出后使用蒸馏水对其进行水洗5次，最后将其在100°C下烘干得到酒石酸铁改性废旧纤维素类织物催化剂。
【文档编号】C02F1/72GK105921174SQ201610343409
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】董永春, 刘广增, 李育洲, 王鹏, 李冰
【申请人】天津工业大学