聚甲基丙烯酸酯中空纤维的制备及亚甲基蓝脱色研究

聚甲基丙烯酸酯中空纤维的制备及亚甲基蓝脱色研究

含染料的废水具有水质复杂、难以生物降解的特点。尤其是颜色深，它可以阻止光线和氧气进入水体，破坏水生生物的生长和光合活动，成为水污染的焦点和难点。甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯类聚合物不仅具有单体来源广、价格便宜、合成方法简单、侧基可反应性良好等优点，而且具有优异的成纤性，可纺制成整体性好、易于与水体分离的纤维材料锰氧化物具有矿物资源丰富、加工成本低等优点，且由于锰具有多种价态，其氧化物已在染料废水治理领域获得应用基于上述背景，本研究将具有优异成纤性的(甲基)丙烯酸酯类聚合物纺制成内部富含非连通孔洞的中空纤维，显著提高其比表面积，同时为水介质在其内部流动而不外溢提供保障，随后利用其侧基的可反应性，经硫酸水溶液水解、高锰酸钾氧化处理，将原位生成的锰氧化物通过络合作用固定在内部孔洞以及内表面上，使中空纤维具有对流经其内部染料废水进行及时快速脱色的能力。首次使用中空纤维时，与未涂覆锰氧化物聚(甲基)丙烯酸酯中空纤维相比，染料脱色率显著提高，所以(甲基)丙烯酸酯类聚合物对染料废水的处理能力得到提升，另一方面中空纤维经多次使用后，其对染料的脱色仍优于未涂覆锰氧化物中空纤维，意味着(甲基)丙烯酸酯类聚合物在处理染料废水时的可重复使用性得到改善，此外，在中空纤维使用过程中，不再涉及粒状或粉末状锰氧化物与水体分离的问题。1实验部分1.1甲基丙烯酸羟乙酯甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸丁酯(BA)，天津市光复精细化工研究所;甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，天津市化学试剂研究所;过氧化苯甲酰(BPO)，天津市赢达稀贵化学试剂厂;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、亚甲基蓝(MB)，天津光复科技发展有限公司;高锰酸钾(KMnO1.2纺丝液的制备称取2份HEMA，每份10g，将其分别置于烧杯a、b中，再称取30gBMA，并将其倒入上述烧杯a中，随后分别称取0.2g和0.05gBPO，并将其分别加入到上述烧杯a、b中，用玻璃棒搅拌至烧杯a、b中的BPO完全溶解，最后称取50gDMF，并加入到上述烧杯a中，用玻璃棒继续搅拌使烧杯a中的物质混合均匀。将烧杯a中溶液移至250mL三口烧瓶中，在氮气保护下，搅拌升温至85℃，此时将烧杯b中溶液于0.5h内逐滴滴加到上述三口烧瓶中，滴加结束后继续反应2h，即制得共聚物P(BMA-coHEMA)溶液;用BA代替BMA重复上述实验操作，即制得共聚物P(BA-co-HEMA)溶液。将P(BMA-co-HEMA)与P(BA-co-HEMA)分别按体积比90∶10、85∶15、70∶30混合，40℃条件下磁力搅拌1h后，制得3种纺丝液。利用蠕动泵将上述某一纺丝液以0.6mL/min的速度输送至已浸没于水中的喷丝头，该喷丝头具有环形孔，其外径和内径分别为1.3、0.8mm;与此同时，利用另一蠕动泵将凝固介质(水)以0.9mL/min的速度输送至中空纺丝细流内部，在双扩散作用下，中空纺丝细流固化为初生中空纤维，且将上述3种纺丝液纺制的初生中空纤维分别记为HF1.3多孔纤维功能化配制20mL硫酸水溶液，控制浓H1.4测试和性能1.4.1染料脱色率测定取10cm长处理后中空纤维，将其接入染料循环脱色处理装置，随后使10mL质量浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液循环流入中空纤维内部，利用TU-1810型紫外-可见分光光度计测定亚甲基蓝溶液的吸光度，根据下式计算染料脱色率:式中:D1.4.2扫描电子显微镜sem分析利用离子溅射仪喷金于中空纤维表面及断面，并利用日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜(FESEM)在10.0kV加速电压下观察内涂覆前后中空纤维的表面和断面形貌。1.4.3x射线荧光能谱分析利用美国Thermofisher公司的K-alpha型X射线光电子能谱仪(XPS)在CAE模式下分析中空纤维表面元素变化，单色AlK1.4.4总有机碳质量浓度测试利用日本Shimadu公司的TOC-VCPH型总有机碳分析仪(TOC)对处理前后亚甲基蓝溶液中总有机碳质量浓度进行测试。1.4.5锰离子质量浓度测试利用美国VARIAN公司的VISTA-MPX型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对处理后亚甲基蓝溶液中锰离子质量浓度进行测试，通过计算可得处理后亚甲基蓝溶液中锰离子质量。1.4.6用铬氧化法计算的锰氧化覆盖率以HF式中:L2结果与讨论2.1工艺参数的优化以HF2.2纤维素的外观在上述相对较优功能化工艺参数下处理HF可以看出:对于初生中空纤维HF2.3新物质成分为确定所生成新物质的成分，对处理前后中空纤维内外表面元素变化进行分析，HF2.4亚甲基蓝脱色按照1.4.1节所述程序及参数对亚甲基蓝水溶液进行脱色处理，重复使用HF由图4可知，当亚甲基蓝水溶液在未涂覆锰氧化物中空纤维(HF为进一步探究锰氧化物在亚甲基蓝脱色过程中所起的作用，对HF锰氧化物中Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)的相对含量如表4所示。由表可知，与HF3中空纤维原料以甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸羟乙酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸羟乙酯共聚物共混溶液为纺丝原液，采用湿法纺丝工艺成功制备了内部富含非连通孔洞的中空纤维;以所得中空纤维为基质，在循环处理工艺下，采用酸水解、高锰酸钾氧化串联法成功将原位生成的锰氧化物均匀涂覆于中空纤维内部，锰氧化物的强氧化作用使流经中空纤维内部亚甲基