聚甲基丙烯酸酯中空纖維的制備及亞甲基藍脫色研究

含染料的廢水具有水質(zhì)復雜、難以生物降解的特點。尤其是顏色深，它可以阻止光線和氧氣進入水體，破壞水生生物的生長和光合活動，成為水污染的焦點和難點。甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯類聚合物不僅具有單體來源廣、價格便宜、合成方法簡單、側(cè)基可反應性良好等優(yōu)點，而且具有優(yōu)異的成纖性，可紡制成整體性好、易于與水體分離的纖維材料錳氧化物具有礦物資源豐富、加工成本低等優(yōu)點，且由于錳具有多種價態(tài)，其氧化物已在染料廢水治理領域獲得應用基于上述背景，本研究將具有優(yōu)異成纖性的(甲基)丙烯酸酯類聚合物紡制成內(nèi)部富含非連通孔洞的中空纖維，顯著提高其比表面積，同時為水介質(zhì)在其內(nèi)部流動而不外溢提供保障，隨后利用其側(cè)基的可反應性，經(jīng)硫酸水溶液水解、高錳酸鉀氧化處理，將原位生成的錳氧化物通過絡合作用固定在內(nèi)部孔洞以及內(nèi)表面上，使中空纖維具有對流經(jīng)其內(nèi)部染料廢水進行及時快速脫色的能力。首次使用中空纖維時，與未涂覆錳氧化物聚(甲基)丙烯酸酯中空纖維相比，染料脫色率顯著提高，所以(甲基)丙烯酸酯類聚合物對染料廢水的處理能力得到提升，另一方面中空纖維經(jīng)多次使用后，其對染料的脫色仍優(yōu)于未涂覆錳氧化物中空纖維，意味著(甲基)丙烯酸酯類聚合物在處理染料廢水時的可重復使用性得到改善，此外，在中空纖維使用過程中，不再涉及粒狀或粉末狀錳氧化物與水體分離的問題。1實驗部分1.1甲基丙烯酸羥乙酯甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸丁酯(BA)，天津市光復精細化工研究所;甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)，天津市化學試劑研究所;過氧化苯甲酰(BPO)，天津市贏達稀貴化學試劑廠;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、亞甲基藍(MB)，天津光復科技發(fā)展有限公司;高錳酸鉀(KMnO1.2紡絲液的制備稱取2份HEMA，每份10g，將其分別置于燒杯a、b中，再稱取30gBMA，并將其倒入上述燒杯a中，隨后分別稱取0.2g和0.05gBPO，并將其分別加入到上述燒杯a、b中，用玻璃棒攪拌至燒杯a、b中的BPO完全溶解，最后稱取50gDMF，并加入到上述燒杯a中，用玻璃棒繼續(xù)攪拌使燒杯a中的物質(zhì)混合均勻。將燒杯a中溶液移至250mL三口燒瓶中，在氮氣保護下，攪拌升溫至85℃，此時將燒杯b中溶液于0.5h內(nèi)逐滴滴加到上述三口燒瓶中，滴加結(jié)束后繼續(xù)反應2h，即制得共聚物P(BMA-coHEMA)溶液;用BA代替BMA重復上述實驗操作，即制得共聚物P(BA-co-HEMA)溶液。將P(BMA-co-HEMA)與P(BA-co-HEMA)分別按體積比90∶10、85∶15、70∶30混合，40℃條件下磁力攪拌1h后，制得3種紡絲液。利用蠕動泵將上述某一紡絲液以0.6mL/min的速度輸送至已浸沒于水中的噴絲頭，該噴絲頭具有環(huán)形孔，其外徑和內(nèi)徑分別為1.3、0.8mm;與此同時，利用另一蠕動泵將凝固介質(zhì)(水)以0.9mL/min的速度輸送至中空紡絲細流內(nèi)部，在雙擴散作用下，中空紡絲細流固化為初生中空纖維，且將上述3種紡絲液紡制的初生中空纖維分別記為HF1.3多孔纖維功能化配制20mL硫酸水溶液，控制濃H1.4測試和性能1.4.1染料脫色率測定取10cm長處理后中空纖維，將其接入染料循環(huán)脫色處理裝置，隨后使10mL質(zhì)量濃度為20mg/L的亞甲基藍溶液循環(huán)流入中空纖維內(nèi)部，利用TU-1810型紫外-可見分光光度計測定亞甲基藍溶液的吸光度，根據(jù)下式計算染料脫色率:式中:D1.4.2掃描電子顯微鏡sem分析利用離子濺射儀噴金于中空纖維表面及斷面，并利用日本日立公司S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)在10.0kV加速電壓下觀察內(nèi)涂覆前后中空纖維的表面和斷面形貌。1.4.3x射線熒光能譜分析利用美國Thermofisher公司的K-alpha型X射線光電子能譜儀(XPS)在CAE模式下分析中空纖維表面元素變化，單色AlK1.4.4總有機碳質(zhì)量濃度測試利用日本Shimadu公司的TOC-VCPH型總有機碳分析儀(TOC)對處理前后亞甲基藍溶液中總有機碳質(zhì)量濃度進行測試。1.4.5錳離子質(zhì)量濃度測試利用美國VARIAN公司的VISTA-MPX型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)對處理后亞甲基藍溶液中錳離子質(zhì)量濃度進行測試，通過計算可得處理后亞甲基藍溶液中錳離子質(zhì)量。1.4.6用鉻氧化法計算的錳氧化覆蓋率以HF式中:L2結(jié)果與討論2.1工藝參數(shù)的優(yōu)化以HF2.2纖維素的外觀在上述相對較優(yōu)功能化工藝參數(shù)下處理HF可以看出:對于初生中空纖維HF2.3新物質(zhì)成分為確定所生成新物質(zhì)的成分，對處理前后中空纖維內(nèi)外表面元素變化進行分析，HF2.4亞甲基藍脫色按照1.4.1節(jié)所述程序及參數(shù)對亞甲基藍水溶液進行脫色處理，重復使用HF由圖4可知，當亞甲基藍水溶液在未涂覆錳氧化物中空纖維(HF為進一步探究錳氧化物在亞甲基藍脫色過程中所起的作用，對HF錳氧化物中Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)的相對含量如表4所示。由表可知，與HF3中空纖維原料以甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物共混溶液為紡絲原液，采用濕法紡絲工藝成功制備了內(nèi)部富含非連通孔洞的中空纖維;以所得中空纖維為基質(zhì)，在循環(huán)處理工藝下，采用酸水解、高錳酸鉀氧化串聯(lián)法成功將原位生成的錳氧化物均勻涂覆于中空纖維內(nèi)部，錳氧化物的強氧化作用使流經(jīng)中空纖維內(nèi)部亞甲基