申請日2017.09.26
公開(公告)日2017.12.29
IPC分類號D01F8/18; D01F8/02; D01F1/10; C02F1/28; C02F1/00; C02F101/16
摘要
本發明屬于紡織濾布制備技術領域，提供了一種用于污水處理的高效催化紡織濾布及制備方法。該方法首先將催化劑與無機纖維分散均勻，在高速分散狀態下，通過激光燒結快速使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;然后將生物質纖維素配制成紡絲液，加入無機纖維催化劑，通過紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，進一步紡織得到用于污水處理的高效催化紡織濾布。與傳統方法相比，本發明采用激光燒結方法可防止催化劑附著不牢固而脫落，得到的產品對污染物吸附良好，強度高，使用壽命長，耐撕裂性能好，并且采用的原料、設備及工藝，成本較低，易于控制，可實現工業化、規模化生產。
權利要求書
1.一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，特征是將催化劑與無機纖維分散均勻，在高速分散狀態下，通過激光燒結快速使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;然后與生物質纖維素配制成紡絲液，通過紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，進一步紡織得到用于污水處理的高效催化紡織濾布;制備的具體步驟如下：
(1)將催化劑與無機纖維按一定的質量比例混合，加入一定量的表面活性劑，在高速攪拌分散過程中采用激光進行快速燒結，使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;
(2)將生物質纖維素加入離子液體-二甲基亞砜復合溶劑中，在70~90℃下加熱攪拌50~60min，經過濾和脫泡，制成紡絲液;然后加入步驟(1)所得的無機纖維催化劑，攪拌均勻后，緩慢導入紡絲機中，采用噴絲，得到的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維;然后通過裝有氯化鈣溶液的凝固浴槽牽伸，得到復合纖維;
(3)將步驟(2)得到的復合纖維紡織，得到用于污水處理的高效催化紡織濾布。
2.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述催化劑為氧化鈦、氧化鋅或氧化鎳;所述無機纖維為玻璃纖維或硼纖維。
3.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述催化劑與無機纖維的混合質量比為1:5~1:4。
4.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述表面活性劑為烷基苯磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽、琥珀酸酯磺酸鹽、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種，加入量為催化劑與無機纖維質量總和的1~4%。
5.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述復合溶劑中，離子液體與二甲基亞砜的質量比例為3:7。
6.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述生物質纖維素為秸稈纖維、竹纖維或麻纖維的纖維素，其在紡絲液中的質量濃度為15~20%。
7.根據權利要求1所述一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述無機纖維催化劑的加入量為紡絲液質量的10~50%。
8.一種用于污水處理的高效催化紡織濾布，其特征是：由權利要求1-7任一項所述的方法制備得到。
說明書
一種用于污水處理的高效催化紡織濾布及制備方法
技術領域
本發明屬于紡織濾布制備技術領域，提供了一種用于污水處理的高效催化紡織濾布及制備方法。
背景技術
工業廢水是指工業生產過程中產生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業生產用料、中間產物和產品以及生產過程中產生的污染物。隨著工業的迅速發展，廢水的種類和數量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴重，威脅人類的健康和安全。
工業廢水處理方法按其作用原理可分為四大類：(1)物理處理法，通過物理作用，以分離、回收廢水中不溶解的呈懸浮狀態污染物質(包括油膜和油珠)，常用的有重力分離法、離心分離法、過濾法等。 (2)化學處理法，向污水中投加某種化學物質，利用化學反應來分離、回收污水中的污染物質，常用的有化學沉淀法、混凝法、中和法、氧化還原(包括電解)法等。 (3)物理化學處理法，利用物理化學作用去除廢水中的污染物質，主要有吸附法、離子交換法、膜分離法、萃取法等。 (4)生物處理法，通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機性污染物質轉化為穩定、無害的物質，可分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法。
污水含有難以降解的有機物和水溶性有機物如苯、甲苯、硝基苯、四氯化碳、三氯甲烷、硫化物、染料、胺類、重金屬離子等，很難通過簡單的沉淀或者過濾除去。現有對于高濃度廢水的處理，主要采用化學、生物、物理的方法消除。化學法處理投放化學藥劑，其運行費用高;生物法處理運行管理較復雜、環境溫度適應性差、占地面積較大。物理法成本低，容易管理，但由于高效過濾的材料有限，因此污水凈化效果并不明顯。目前蘇州有一種廢水處理的過濾材料，主要是本過濾材料由孔隙率為35%~85%的多孔陶瓷基體和在多孔陶瓷基體的內部原位生成的納米零價鐵粒子構成，多孔陶瓷基體的微孔大小為2~10微米，且在微孔內形成有絨狀的無定型硅-鐵-碳結構，所述微孔內的絨狀的無定型硅-鐵-碳結構在吸水后能夠形成吸附膜，以重量份計，多孔陶瓷基體的材料組成為：硅藻土55~65份，鈣基膨潤土12~15份，炭粉7~12份，淀粉2~3份，高嶺土4~6份。
雖然紡織材料作為污水處理過濾膜材料，不但處理效果好、適應性強，而且成本低對操作人員要求低。然而，在將催化劑添加和附著在紡織材料進行污水處理時，如何使催化劑均勻分散并附著成為關鍵。直接添加不但分散不均，而且難以與纖維牢固附著，因此衰減流失極快。而將氧化物催化劑采用前驅物的形式分散附著于紡織纖維，低溫水熱反應形成的金屬氧化物附著不牢固，而高溫燒結處理則無法進行。
發明內容
針對現有紡織纖維用于污水處理，負載金屬氧化物催化劑不牢固的缺陷，本發明提出一種用于污水處理的高效催化紡織濾布及制備方法，特征是將催化劑與無機纖維預焊接，防止催化劑的脫落，通過與纖維素紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，其對有機物污染物吸附良好，容易使得有機物滲透穿過纖維素與無機纖維催化劑充分接觸、催化降解;而且紡織形成的濾布強度高，使用壽命長，耐撕裂。
本發明涉及的具體技術方案如下：
一種用于污水處理的高效催化紡織濾布的制備方法，特征是將催化劑與無機纖維分散均勻，在高速分散狀態下，通過激光燒結快速使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;然后與生物質纖維素配制成紡絲液，通過紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，進一步紡織得到用于污水處理的高效催化紡織濾布;制備的具體步驟如下：
(1)將催化劑與無機纖維按一定的質量比例混合，加入一定量的表面活性劑，在高速攪拌分散過程中采用激光進行快速燒結，使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;
(2)將生物質纖維素加入離子液體-二甲基亞砜復合溶劑中，在70~90℃下加熱攪拌50~60min，經過濾和脫泡，制成紡絲液;然后加入步驟(1)所得的無機纖維催化劑，攪拌均勻后，緩慢導入紡絲機中，采用噴絲，得到的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維;然后通過裝有氯化鈣溶液的凝固浴槽牽伸，得到復合纖維;
(3)將步驟(2)得到的復合纖維紡織，得到用于污水處理的高效催化紡織濾布。
優選的，步驟(1)所述催化劑為氧化鈦、氧化鋅或氧化鎳;所述無機纖維為玻璃纖維或硼纖維;
優選的，步驟(1)所述催化劑與無機纖維的混合質量比為1:5~1:4;
優選的，步驟(1)所述表面活性劑為烷基苯磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽、琥珀酸酯磺酸鹽、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種，加入量為催化劑與無機纖維質量總和的1~4%;
優選的，步驟(2)所述復合溶劑中，離子液體與二甲基亞砜的質量比例為3:7;
優選的，步驟(2)所述生物質纖維素為秸稈纖維、竹纖維或麻纖維的纖維素，其在紡絲液中的質量濃度為15~20%;
優選的，步驟(2)所述無機纖維催化劑的加入量為紡絲液質量的10~50%。
一種用于污水處理的高效催化紡織濾布，其特征是由上述方法制備得到。通過將催化劑(氧化鈦、氧化鋅等金屬氧化物)與無機纖維分散均勻，在高速分散狀態下，通過激光燒結快速使催化劑連接在無機纖維的表面形成無機纖維催化劑;然后將生物質纖維素配制成紡絲液，加入無機纖維催化劑，通過紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，進一步紡織得到用于污水處理的高效催化紡織濾布。其顯著的優勢是通過將催化劑與無機纖維預焊接，防止催化劑的脫落，通過纖維素紡絲，形成的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，其對有機物污染物吸附良好，容易使得有機物滲透穿過纖維素與無機纖維催化劑充分接觸、催化解性;而且紡織形成的濾布強度高，使用壽命長，耐撕裂。
采用無機纖維作為金屬催化劑的載體，在處理污水時，無機纖維將污染物吸附，為金屬催化劑提高一個高濃度反應物氛圍，大大提高了污水處理效率。采用激光燒結的方法，將金屬催化劑焊接于無機纖維上，可防止催化劑分散不均或附著不牢固而流散。采用少量離子液體與大量極性非質子溶劑作為復合溶劑，可提高纖維的溶解度及溶解速度，提高可紡性及生產效率，并降低成本。
本發明提供了一種用于污水處理的高效催化紡織濾布及制備方法，與現有技術相比，其突出的特點和優異的效果在于：
1.本發明采用激光燒結方法將金屬催化劑與無機纖維預焊接，可防止催化劑附著不牢固而脫落。
2.本發明制得的纖維內芯為無機纖維催化劑，外層為纖維素的纖維，其對污染物吸附良好，污染物容易滲透穿過纖維素與無機纖維催化劑充分接觸并催化降解。
3.本發明采用離子液體-二甲基亞砜復合溶劑制備紡絲液，纖維的溶解度及溶解速度較高，可紡性能良好。
4.本發明得到的高效催化紡織濾布的強度高，使用壽命長，耐撕裂性能好。
5.本發明采用的原料、設備及工藝，成本較低，易于控制，可實現工業化、規模化生產。
