一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法与应用

本发明涉及重金属的分离与提纯领域，具体涉及一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法与应用。

背景技术：

1、铁(fe)元素含量丰富，占地壳含量的4.75％，仅次于氧、硅、铝，位居地壳含量第四，自然条件下常与多种金属元素共存于矿物之中，除冶炼法制备铁过程外，其余非铁矿物冶炼生产过程中，铁均作为杂质广泛存在，影响生产工艺，并导致目标矿物元素纯度降低，如提铝过程中，铁在酸浸过程也会被浸出进入酸浸液，不仅增加了提铝工艺的除杂分离工序，还会影响铝产品纯度和回收率。其次，一些特殊工业(纺织、造纸、食品行业等)，对水中含铁量要求较高，如纺织行业中，铁离子的存在将抑制生产过程中氧化反应，直接影响氧化反应的选择性，造成产率降低、设备腐蚀加速，进而造成后处理的困难。此外，铁元素还将对废水处理过程产生影响，如毒害生化处理构筑物中的微生物，影响活性污泥净化效果、污染吸附段吸附剂，导致处理能力下降，处理成本增加。可见铁杂质的存在对工业生产各个方面均有影响。

2、授权专利cn103521098b公开了一种聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，将干燥的聚丙烯腈粉末与作为致孔剂的聚乙二醇混合，并用乙醇和甲醇混合溶液萃取，得到高强度聚丙烯腈中空纤维膜，此过程仅简单利用聚乙二醇造孔。再如授权专利cn214192787u报道了一种新型纤维除铁滤元，利用玻纤滤料和活性分子膜作为滤芯，解决过滤芯更换繁琐问题。以上专利均未涉及纤维表面形貌调控，且未利用于重金属分离领域，目前也未见相关纤维分离提纯铁离子的专利和论文报道。因此，需要解决的技术问题为，制备在多元重金属溶液中具有高选择性分离去除铁离子能力且廉价易再生的吸附剂。

技术实现思路

1、为了克服现有材料运用和技术存在的上述不足，本发明提供一种高选择性除铁混纺纤维及其制备方法与应用，利用聚乙二醇溶解性，以聚丙烯腈纤维为骨架，不同分子量聚乙二醇调控纤维表面形貌，增强混纺纤维对铁离子的吸附能力，再利用该混纺纤维提供在多元重金属溶液中高选择性分离提纯铁的应用，为多ph条件下，多元混合金属溶液中铁的高选择、廉价简便分离提纯铁离子提供解决方案。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，包括以下具体步骤：

3、步骤一、由聚丙烯腈(pan)和聚乙二醇(peg)机械共混，得到前体溶液；

4、步骤二、将步骤一获得的前体溶液通过静电纺丝仪喷制得到的纤维放置水溶液中搅拌，再利用聚乙二醇溶解调控纤维孔结构及分布，完成后捞出、冷冻干燥后，从而得到具有特殊表面形貌以及均匀表面的高选择性除铁混纺纤维，保存备用。

5、优选的，步骤一中，所述前体溶液中，pan含量为5wt％～20wt％，peg分子量为600～20000，所述pan与peg机械共混的质量比为12:1～12:12。

6、优选的，步骤二中，所述静电纺丝仪喷制参数为：喷丝针头尺寸为12g～28g，喷丝速度为0.5ml/h～5ml/h，正、负极间距10cm～30cm，电压12kv～25kv。

7、优选的，步骤二中，所述调控混纺纤维表面形貌过程中，搅拌温度为25℃～80℃，搅拌时间为2h～8h；干燥方式可为烘箱干燥、真空干燥或冷冻干燥任意一种。

8、优选的，步骤二中，经调控后，混纺纤维表面特殊形貌为桂皮状均匀裂纹。

9、本发明还公开了该高选择性除铁混纺纤维的制备方法在重金属的分离与提纯领域的应用。

10、优选的，该应用将权利要求1所述得到的混纺纤维以静态或动态方式与多元重金属混合溶液接触后，过滤分离，获得快速吸附铁离子的富铁纤维，采用铁解吸液清洗后可获得铁脱附液，同时实现纤维的再生利用。

11、优选的，所述静态接触时间为8h～24h，动态接触流速为1bv/h～10bv/h。

12、优选的，所述多元重金属混合溶液包括铁、铝、钴、锰、镍、锌、铜、镉中一种或多种重金属，所述重金属离子浓度范围为0.5mg/l～500mg/l。

13、优选的，所述铁解吸液为盐酸、硝酸、硫酸中任一种无机酸或混合液，氢离子浓度为0.5m～5m。

14、有益效果

15、1、本发明制备得到的高选择性除铁混纺纤维，利用简单廉价的聚丙烯腈和聚乙二醇混合纺制得到，其中聚丙烯腈作为基体，是混纺纤维的主体部分，而混合的聚乙二醇具有亲水性和溶解性，与聚丙烯腈以一定比例混合后，可在不影响基体结构的同时，赋予混纺纤维表面均匀裂纹形貌和更大孔径，简单控制比例和纺丝参数便可获得廉价稳定的吸附材料，该材料结合聚丙烯腈对铁的高选择性，以及聚乙二醇的亲水性和溶解性，利用不同分子量聚乙二醇调控纤维表面形成桂皮状均匀裂纹，孔径大小提升182％，吸附能力最大提升649％。

16、2、利用混纺纤维处理多ph条件下、多元重金属溶液中的铁离子，本发明中混纺纤维对铁与多种重金属的选择性系数可达正无穷，经铁解吸液脱附后，铁的脱附率最高可达100％，即可以在复杂溶液中简易深度除铁而不显著损耗其他金属元素，以便有效应对不同金属比例的重金属废水，减低目标重金属的回收率，为其他重金属的提纯与回收提供便利，效果显著。

17、3、利用混纺纤维作为吸附剂去除溶液中的铁离子，克服了利用沉淀、萃取等方法的缺点，且除铁离子浓度外，处理前后溶液性质不发生改变，减少额外处理需求，具有工艺简单、成本低廉，处理效果佳，循环稳定性强，适于规模化生产等特点，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述前体溶液中，pan含量为5wt％～20wt％，peg分子量为600～20000，所述pan与peg机械共混的质量比为12:1～12:12。

3.根据权利要求1所述的一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述静电纺丝仪喷制参数为：喷丝针头尺寸为12g～28g，喷丝速度为0.5ml/h～5ml/h，正、负极间距10cm～30cm，电压12kv～25kv。

4.根据权利要求1所述的一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述调控混纺纤维表面形貌过程中，搅拌温度为25℃～80℃，搅拌时间为2h～8h；干燥方式可为烘箱干燥、真空干燥或冷冻干燥任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法，其特征在于：步骤二中，经调控后，混纺纤维表面特殊形貌为桂皮状均匀裂纹。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的高选择性除铁混纺纤维的制备方法在重金属的分离与提纯领域的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：由权利要求1所述得到的混纺纤维以静态或动态方式与多元重金属混合溶液接触后，过滤分离，获得快速吸附铁离子的富铁纤维，采用铁解吸液清洗后可获得铁脱附液，同时实现纤维的再生利用。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述静态接触时间为8h～24h，动态接触流速为1bv/h～10bv/h。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述多元重金属混合溶液包括铁、铝、钴、锰、镍、锌、铜、镉中一种或多种重金属，所述重金属离子浓度范围为0.5mg/l～500mg/l。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述铁解吸液为盐酸、硝酸、硫酸中任一种无机酸或混合液，氢离子浓度为0.5m～5m。

技术总结
本发明提供了一种高选择性除铁混纺纤维的制备方法与应用，该方法包括：将聚丙烯腈(PAN)和聚乙二醇(PEG)机械共混，得到澄清粘稠的前体溶液，再将前体溶液架至静电纺丝仪纺制得到纤维，再将纤维放置水溶液中搅拌制得高选择性除铁混纺纤维。利用不同分子量的聚乙二醇调控混纺纤维表面形貌，赋予混纺纤维表面桂皮状均匀裂纹和较大孔径，可在较宽pH范围内、含有多元重金属离子溶液中，高选择性吸附去除铁，较其他纤维而言，对铁的选择性去除能力显著提升。本发明制备的高选择性除铁混纺纤维可经调控获得特殊形貌以及均匀表面，制备流程简单、成本低廉，适于规模化生产和应用，应用前景广阔。

技术研发人员：刘福强,张希,张为国,荆世超,李正斌,产慧芳,李爱民
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13