一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料，包含45.0％-85.0质量％的天然动物毛发纤维基质和15.0％-55.0质量％的接枝聚合于其上的聚丙烯基胺肟。本发明的纤维材料吸附能力可调，饱和吸附能力大，螯合能力强，被吸附的金属离子不会轻易脱落；而且作为吸附材料可再生循环利用，可以作为吸附材料很好地应用在水质净化领域。
【专利说明】一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然高分子改性材料的制备【技术领域】，具体涉及一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料及制备方法和用于吸附重金属离子的用途。
【背景技术】
[0002]随着人们对自然矿产资源的开采，以及冶炼、加工和商业制造等活动的日益频繁，大量重金属离子如镉、铅、汞、铬、铜等排放到自然环境中，对土壤，水体，以及大气等都造成了严重的污染。处理污水中的重金属离子方法有很多如生物法、催化法、膜工程法、电离辐射法、磁分离法等，吸附法也是其中一种重要的方法。通常所用的吸附材料包括无机吸附材料、酚醛树脂吸附材料、聚苯乙烯-二乙烯基吸附材料、聚丙烯酸酯吸附材料、聚丙烯腈吸附材料、淀粉基吸附材料、纤维素吸附材料和壳聚糖基吸附材料等，但是上述吸附材料均存在后处理繁琐、材料需要重新成型或者无法重复循环利用等不足。
[0003]在已公布的关于丙烯基胺肟材料吸附重金属离子的研究中，使用的载体基质多为人工合成的嵌段、接枝共聚物等，材料的耐受性不足，需要合成的基质本来就需要耗费大量的原材料且会对环境造成污染。
[0004]针对所述问题，本发明提供了一种用于吸附重金属的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维，其基质原料来自于废弃动物毛发，原料廉价易得；其吸附能力可调，饱和吸附能力大，螯合能力强，被吸附的离子不会轻易脱落，而且，该吸附材料可再生循环利用、无需再次成型。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料，所述纤维材料以天然的动物毛发纤维作为基质，聚丙烯基胺肟通过接枝的方式聚合在动物毛发基质上，其含有大约45.0% -85.0质量％的动物毛发和大约15.0% -55.0质量％的聚丙烯基胺肟，优选为大约55-70质量％的动物毛发和大约30-45质量％的聚丙烯基胺肟，特别是大约65%的动物毛发和大约35%的聚丙烯基胺肟。
[0006]所述纤维材料的接枝率为大约5% -65%，优选大约20-55%。
[0007]在本发明的接枝纤维材料中，元素分析测定其C、H、N各元素的百分含量为大约:
[0008]C:41.13% -48.28%,
[0009]H:7.56%-6.86% 和
[0010]N:23.76%-16.08%。
[0011]所述动物毛发包括但不限于羊毛(包括山羊毛和绵羊毛)、兔毛、猫毛、狗毛、猪毛、马毛、鸟类和禽类羽毛和人类头发，优选为羊毛和兔毛，更优选为羊毛，特别是绵羊毛。
[0012]本发明所述的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料可以吸附铜、镉、铅、汞等重金属离子。所述纤维材料对铜(Cu2+)、镉(Cd2+)、铅(Pb2+)、汞(Hg2+)的最大吸附量分别为:铜(Cu2+):19.1mg / g、镉(Cd2+):15.8mg / g、铅(Pb2+):26.5mg/g、萊(Hg2+):45.7mg / g。[0013]此外，本发明的纤维材料对阴离子如砷酸根、铬酸根以及氟离子也具有一定的吸附能力。
[0014]本发明进一步涉及用于制备根据本发明的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料的方法，包括:
[0015]1)废弃动物毛发的前处理以及活化:用水将废弃动物毛发洗净、丙酮脱脂，然后，在质量分数均为大约0.2% -1.0%的硫化物和苛性碱的混合溶液中浸泡大约5-30分钟作活化处理，混合溶液中硫化物溶液和苛性碱溶液的体积比为大约1: 3到3:1，优选为大约1:1 ;其中1重量份动物毛发加入20-200重量份混合溶液，优选1重量份动物毛发加入80-150重量份混合溶液；而后洗净烘干；
[0016]2)动物毛发接枝聚丙烯腈的合成:将I重量份的步骤1)中得到的动物毛发浸于60-100重量份的大约55°C-85°C的6mol / L_9mol / L尿素水溶液中，通氮气大约15分钟-30分钟；然后加入引发剂，在充分搅拌的情况下逐滴加入4-15重量份丙烯腈，添加结束后持续通氮气30分钟以上，将反应装置密封，反应大约6-24小时；反应结束后，将动物毛发接枝聚丙烯腈分别用二甲基亚砜(DMSO)和二次水依次清洗三次；然后在大约40°C-60°C烘干;
[0017]3)动物毛发接枝聚丙烯基胺肟的合成:将I重量份步骤2)中得到的动物毛发接枝聚丙烯腈于20-50重量份的摩尔浓度均为大约0.5-1.5mol / L的盐酸羟胺和苛性碱类混合溶液中，在大约55°C _85°C反应大约2-8小时，其中盐酸羟胺溶液和苛性碱溶液的体积比为大约1: 2到2: 1，优选为大约1:1 ;反应结束后将产物洗净烘干，得到动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料。
[0018]聚丙烯腈和聚丙烯基胺肟的结构分别如下式A和B所示:
[0019]
【权利要求】
1.一种动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料，包含45.0% -85.0质量％的天然动物毛发纤维基质和15.0% -55.0质量％的接枝聚合于其上的聚丙烯基胺肟。
2.根据权利要求1所述的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料，其中聚丙烯基胺肟的接枝率为5.0% -65.0质量％。
3.根据权利要求1所述的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料，其中所述纤维材料的元素分析测定其C、H、N各元素的百分含量为:
C:41.13% -48.28%,
H:7.56% -6.86%和
N:23.76% -16.08%。
4.制备如前述权利要求1-3任一项所述的动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料的方法，包括如下步骤:1)废弃动物毛发的前处理以及活化；2)合成动物毛发接枝聚丙烯腈；3)合成动物毛发接枝聚丙烯基胺肟。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在步骤I)中，用水将废弃动物毛发洗净、丙酮脱月旨，然后在质量分数均为0.2 %-1.0 %的硫化物和苛性碱的混合溶液中浸泡5-30分钟作活化处理，混合溶液中硫化物和苛性碱溶液的体积比为1: 3到3: I;其中I重量份羊毛加入20-200重量份混合溶液；而后洗净烘干； 在步骤2)中，将I重量份的步骤I)中得到的动物毛发浸于60-100重量份的55°C-85°C的6mol / L_9mol / L尿素水溶液中，通氮气15-30分钟；然后加入引发剂，在充分搅拌下逐滴加入4-15重量份丙烯腈，添加结束后持续通氮气15-30分钟，密封反应装置反应6-24小时；反应结束后，将动物毛发接枝聚丙烯腈分别用二甲基亚砜(DMSO)和二次水依次清洗三次；然后在40°C -60°C烘干； 在步骤3)中，将I重量份步骤2)中得到的动物毛发接枝聚丙烯腈于20-50重量份的摩尔浓度均为0.5-1.5mol / L的盐酸羟胺和苛性碱的混合溶液中，在55°C _85°C反应2_8小时，其中盐酸羟胺和苛性碱溶液的体积比为1: 2到2: I ;反应结束后将产物洗净烘干，得到动物毛发接枝聚丙烯基胺肟纤维材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述硫化物为碱金属硫化物；所述苛性碱为碱金属氢氧化物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述碱金属硫化物为硫化钠、硫化钾和硫化锂；所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述引发剂为水溶性的偶氮脒类引发剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述引发剂为2，2_偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐。
10.根据前述权利要求1-3中任一项所述的纤维材料作为吸附材料在水质净化领域中的用途。
【文档编号】B01J20/30GK103721684SQ201310722838
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】刘瑞刚, 曹春, 康宏亮, 李伟伟, 黄勇 申请人:中国科学院化学研究所