一種木棉纖維基吸附催化材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種木棉纖維基吸附催化材料。本發(fā)明以木棉纖維為載體，聚苯胺為連接層，在室溫空氣氛條件下，經(jīng)一步法制備得到負(fù)載貴金屬納米粒子的木棉纖維。該材料兼具吸附和催化雙功能，制備工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，易于工業(yè)生產(chǎn)；所得產(chǎn)物可有效吸附或催化水體中的染料分子，用于相應(yīng)的廢水處理。
【專利說(shuō)明】一種木棉纖維基吸附催化材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種木棉纖維基吸附催化材料。

【背景技術(shù)】
[0002]天然植物纖維是自然界中儲(chǔ)量豐富的可再生生物質(zhì)資源，根據(jù)其來(lái)源有韌皮纖維、葉纖維、種子纖維及其它纖維。天然植物纖維一般由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組成，是一種天然高分子材料。
[0003]木棉纖維是木棉樹的果實(shí)纖維，具有獨(dú)特的薄壁大中空的形態(tài)結(jié)構(gòu)，中空度高達(dá)8(Γ90%，是迄今為止中空率最大的中空纖維，常用作絮填料、浮力材料及其它纖維素纖維的混紡原料。木棉纖維表面的蠟質(zhì)賦予其優(yōu)異的拒水親油性，因此木棉纖維作為吸油材料引起眾多研究者的關(guān)注。木棉纖維經(jīng)堿處理后，可用作復(fù)合物增強(qiáng)材料。經(jīng)Y-射線處理后，木棉纖維被賦予良好的阻燃性質(zhì)。由于木棉纖維的表面蠟質(zhì)，使其很少用于環(huán)境水體中污染物的去除研究，但木棉纖維能夠吸收金屬離子溶劑萃取過(guò)程中的萃取劑，因此可作為支撐材料(載體材料)用于浸潰金屬吸附劑。木棉纖維產(chǎn)量豐富、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)精細(xì)，可作為生物模板制備基于不同性質(zhì)材料(有機(jī)、無(wú)機(jī))的微管。木棉纖維薄壁大中空的形態(tài)結(jié)構(gòu)可起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，便于可聚合的單體沿其表面進(jìn)行聚合。因此，以木棉纖維作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向材料，可制備得到一系列功能型聚合物材料，用于環(huán)境水體中污染物的去除。
[0004]金屬納米粒子與大塊的金屬性質(zhì)不同，具有一系列獨(dú)特的性能，在光、電、催化、傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。通常這些金屬納米粒子需要一個(gè)附著載體來(lái)增強(qiáng)在溶液中的穩(wěn)定性，如天然多糖、枝狀大分子、嵌段共聚物膠束、乳液粒子和水凝膠等。木棉纖維具有大中空的形態(tài)結(jié)構(gòu)，也可用于擔(dān)載金屬納米粒子，進(jìn)而拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。但木棉纖維本身的拒水親油性使其直接用于擔(dān)載金屬納米粒子比較困難。木棉纖維經(jīng)酸預(yù)處理后，使苯胺沿其表面進(jìn)行氧化聚合形成中間連接層，在聚合過(guò)程中，引發(fā)劑會(huì)被原位還原，全部或部分形成金屬納米粒子，得到木棉纖維基吸附催化材料。該材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中不同類型污染物的吸附或者催化還原，且多次循環(huán)使用后活性沒(méi)有顯著降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種木棉纖維基吸附催化材料，用于吸附催化水體中的有機(jī)染料。
[0006]本發(fā)明以木棉纖維為載體，聚苯胺為連接層，在室溫空氣氛條件下，經(jīng)一步法制備得到負(fù)載貴金屬納米粒子的木棉纖維。
[0007]一種木棉纖維基吸附催化材料，其特征在于，該吸附催化材料依次通過(guò)以下步驟制備:
Α、在苯胺的酸溶液中，加入木棉纖維，攪拌Γ6小時(shí)；
B、將引發(fā)劑加入到上述溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)廣36小時(shí)，分離所得固體物；所述的引發(fā)劑為雙氧水、高錳酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、重鉻酸鉀、硝酸銀、高氯酸銀、氯化金、三氯化鐵中的一種或兩種；
C、將B步驟所得固體物以水洗滌，將pH值調(diào)至6?7，再經(jīng)水反復(fù)洗滌和乙醇浸泡后，在25?100°C下烘干，得到木棉纖維基吸附催化材料。
[0008]在A步驟中，所述的苯胺與木棉纖維的質(zhì)量比為1:1(Γ10:1。
[0009]在A步驟中，所述的酸為醋酸、丙烯酸、硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸中的一種，酸的濃度為 0.05?5 mol/Lo
[0010]在B步驟中，所述的引發(fā)劑為雙氧水、高錳酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、重鉻酸鉀、硝酸銀、高氯酸銀、氯化金、三氯化鐵中的一種或兩種，引發(fā)劑與苯胺的摩爾比為1:5?5:1。
[0011]本發(fā)明以木棉纖維作為原料，聚苯胺作為連接層，通過(guò)苯胺氧化聚合過(guò)程中的引發(fā)劑原位還原制備一種木棉纖維基吸附催化材料。聚苯胺作為連接層，由于分子鏈中含有豐富的氨基、亞胺基，對(duì)水中的有機(jī)染料分子有很好的吸附。同時(shí)，在苯胺氧化聚合過(guò)程中，引發(fā)劑的原位還原生成的貴金屬納米粒子可作為催化劑，對(duì)水中的有機(jī)染料分子實(shí)現(xiàn)催化還原。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):①以木棉纖維為原料，環(huán)境友好，產(chǎn)量豐富，價(jià)廉易得。②該制備過(guò)程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，易于工業(yè)化。③賦予木棉纖維吸附和催化功能，可應(yīng)用于廢水處理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為木棉纖維基吸附催化材料對(duì)亞甲基蘭的吸附催化效果，縱坐標(biāo)表示在染料分子最大吸收波長(zhǎng)條件下，反應(yīng)后溶液的吸光度與初始溶液吸光度的比值。實(shí)心三角形表示只添加硼氫化鈉，不添加所制備材料；實(shí)心正方形表示不添加硼氫化鈉，即所制備材料對(duì)亞甲基蘭的吸附；實(shí)心圓形表示添加硼氫化鈉，即所制備材料對(duì)亞甲基蘭的催化還原?？梢钥闯?，本發(fā)明制備的木棉纖維基材料對(duì)染料亞甲基蘭有很好的吸附催化效果。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015]實(shí)施例1
在500 mL I mo I/L鹽酸溶液中，加入10克苯胺和20克木棉纖維，攪拌2小時(shí)制得反應(yīng)溶液；將20克引發(fā)劑高氯酸銀加入到上述反應(yīng)溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)12小時(shí)，分離所得固體物；將固體物水洗后，調(diào)PHS 6?7，并經(jīng)水和乙醇洗滌后，于50°C烘干得到一種木棉纖維基吸附催化材料。產(chǎn)品可在30分鐘內(nèi)，對(duì)10毫克/升亞甲基蘭實(shí)現(xiàn)完全吸附催化。
[0016]實(shí)施例2
在500 mL 2 mo I/L硝酸溶液中，加入20克苯胺和20克木棉纖維，攪拌3小時(shí)制得反應(yīng)溶液；將10克引發(fā)劑硝酸銀和20克雙氧水加入到上述反應(yīng)溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)24小時(shí),分離所得固體物；將固體物水洗后,調(diào)pH為6?7，并經(jīng)水和乙醇洗滌后，于60°C烘干得到一種木棉纖維基吸附催化材料。產(chǎn)品可在30分鐘內(nèi)，對(duì)10毫克/升亞甲基蘭實(shí)現(xiàn)完全吸附催化。
[0017]實(shí)施例3
在500 mL 3 mo I/L醋酸溶液中，加入15克苯胺和30克木棉纖維，攪拌I小時(shí)制得反應(yīng)溶液；將15克引發(fā)劑高氯酸銀和25克過(guò)硫酸銨加入到上述反應(yīng)溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)36小時(shí)，分離所得固體物；將固體物水洗后,調(diào)pH為6?7，并經(jīng)水和乙醇洗滌后，于20°C室溫晾干，得到一種木棉纖維基吸附催化材料。產(chǎn)品可在30分鐘內(nèi)，對(duì)10毫克/升亞甲基蘭實(shí)現(xiàn)完全吸附催化。
[0018]實(shí)施例4
在500 mL I mol/L硫酸溶液中，加入5克苯胺和40克木棉纖維，攪拌5小時(shí)制得反應(yīng)溶液；將5克引發(fā)劑氯化金和10克高錳酸鉀加入到上述反應(yīng)溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)10小時(shí)，分離所得固體物；將固體物水洗后，調(diào)pH為6?7，并經(jīng)水和乙醇洗滌后，于80°C烘干，得到一種木棉纖維基吸附催化材料。產(chǎn)品可在30分鐘內(nèi)，對(duì)10毫克/升亞甲基蘭實(shí)現(xiàn)完全吸附催化。
[0019]實(shí)施例5
在500 mL 2 mol/L磷酸溶液中，加入30克苯胺和20克木棉纖維，攪拌3小時(shí)制得反應(yīng)溶液；將20克引發(fā)劑硝酸銀和20克三氯化鐵加入到上述反應(yīng)溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)16小時(shí)，分離所得固體物；將固體物水洗后，調(diào)PH為6?7，并經(jīng)水和乙醇洗滌后，于50°C室溫晾干，得到一種木棉纖維基吸附催化材料。產(chǎn)品可在30分鐘內(nèi)，對(duì)10毫克/升亞甲基蘭實(shí)現(xiàn)完全吸附催化。
【權(quán)利要求】
1.一種木棉纖維基吸附催化材料，其特征在于，該吸附催化材料依次通過(guò)以下步驟制備: A、在苯胺的酸溶液中，加入木棉纖維，攪拌Γ6小時(shí)； B、將引發(fā)劑加入到上述溶液中，常溫常壓攪拌反應(yīng)廣36小時(shí)，分離所得固體物；所述的引發(fā)劑為雙氧水、高錳酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、重鉻酸鉀、硝酸銀、高氯酸銀、氯化金、三氯化鐵中的一種或兩種； C、將B步驟所得固體物以水洗滌，將pH值調(diào)至6?7，再經(jīng)水反復(fù)洗滌和乙醇浸泡后，在25?100°C下烘干，得到木棉纖維基吸附催化材料。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，在A步驟中，所述的苯胺與木棉纖維的質(zhì)量比為1:10?10:1。
3.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，在A步驟中，所述的酸為醋酸、丙烯酸、硝酸、鹽酸、硫酸、磷酸中的一種，酸的濃度為0.05飛mol/Lo
4.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，在B步驟中，所述的引發(fā)劑為雙氧水、高錳酸鉀、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、重鉻酸鉀、硝酸銀、高氯酸銀、氯化金、三氯化鐵中的一種或兩種，引發(fā)劑與苯胺的摩爾比為1:5?5:1。
【文檔編號(hào)】B01J20/24GK104275156SQ201310273980
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月2日
【發(fā)明者】鄭易安, 王愛(ài)勤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所