申请日2017.09.26
公开(公告)日2017.12.29
IPC分类号D01F8/18; D01F8/02; D01F1/10; C02F1/28; C02F1/00; C02F101/16
摘要
本发明属于纺织滤布制备技术领域，提供了一种用于污水处理的高效催化纺织滤布及制备方法。该方法首先将催化剂与无机纤维分散均匀，在高速分散状态下，通过激光烧结快速使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;然后将生物质纤维素配制成纺丝液，加入无机纤维催化剂，通过纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，进一步纺织得到用于污水处理的高效催化纺织滤布。与传统方法相比，本发明采用激光烧结方法可防止催化剂附着不牢固而脱落，得到的产品对污染物吸附良好，强度高，使用寿命长，耐撕裂性能好，并且采用的原料、设备及工艺，成本较低，易于控制，可实现工业化、规模化生产。
权利要求书
1.一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，特征是将催化剂与无机纤维分散均匀，在高速分散状态下，通过激光烧结快速使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;然后与生物质纤维素配制成纺丝液，通过纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，进一步纺织得到用于污水处理的高效催化纺织滤布;制备的具体步骤如下：
(1)将催化剂与无机纤维按一定的质量比例混合，加入一定量的表面活性剂，在高速搅拌分散过程中采用激光进行快速烧结，使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;
(2)将生物质纤维素加入离子液体-二甲基亚砜复合溶剂中，在70~90℃下加热搅拌50~60min，经过滤和脱泡，制成纺丝液;然后加入步骤(1)所得的无机纤维催化剂，搅拌均匀后，缓慢导入纺丝机中，采用喷丝，得到的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维;然后通过装有氯化钙溶液的凝固浴槽牵伸，得到复合纤维;
(3)将步骤(2)得到的复合纤维纺织，得到用于污水处理的高效催化纺织滤布。
2.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述催化剂为氧化钛、氧化锌或氧化镍;所述无机纤维为玻璃纤维或硼纤维。
3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述催化剂与无机纤维的混合质量比为1:5~1:4。
4.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述表面活性剂为烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种，加入量为催化剂与无机纤维质量总和的1~4%。
5.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述复合溶剂中，离子液体与二甲基亚砜的质量比例为3:7。
6.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述生物质纤维素为秸秆纤维、竹纤维或麻纤维的纤维素，其在纺丝液中的质量浓度为15~20%。
7.根据权利要求1所述一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述无机纤维催化剂的加入量为纺丝液质量的10~50%。
8.一种用于污水处理的高效催化纺织滤布，其特征是：由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
说明书
一种用于污水处理的高效催化纺织滤布及制备方法
技术领域
本发明属于纺织滤布制备技术领域，提供了一种用于污水处理的高效催化纺织滤布及制备方法。
背景技术
工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。
工业废水处理方法按其作用原理可分为四大类：(1)物理处理法，通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质(包括油膜和油珠)，常用的有重力分离法、离心分离法、过滤法等。 (2)化学处理法，向污水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收污水中的污染物质，常用的有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原(包括电解)法等。 (3)物理化学处理法，利用物理化学作用去除废水中的污染物质，主要有吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法等。 (4)生物处理法，通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质，可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。
污水含有难以降解的有机物和水溶性有机物如苯、甲苯、硝基苯、四氯化碳、三氯甲烷、硫化物、染料、胺类、重金属离子等，很难通过简单的沉淀或者过滤除去。现有对于高浓度废水的处理，主要采用化学、生物、物理的方法消除。化学法处理投放化学药剂，其运行费用高;生物法处理运行管理较复杂、环境温度适应性差、占地面积较大。物理法成本低，容易管理，但由于高效过滤的材料有限，因此污水净化效果并不明显。目前苏州有一种废水处理的过滤材料，主要是本过滤材料由孔隙率为35%~85%的多孔陶瓷基体和在多孔陶瓷基体的内部原位生成的纳米零价铁粒子构成，多孔陶瓷基体的微孔大小为2~10微米，且在微孔内形成有绒状的无定型硅-铁-碳结构，所述微孔内的绒状的无定型硅-铁-碳结构在吸水后能够形成吸附膜，以重量份计，多孔陶瓷基体的材料组成为：硅藻土55~65份，钙基膨润土12~15份，炭粉7~12份，淀粉2~3份，高岭土4~6份。
虽然纺织材料作为污水处理过滤膜材料，不但处理效果好、适应性强，而且成本低对操作人员要求低。然而，在将催化剂添加和附着在纺织材料进行污水处理时，如何使催化剂均匀分散并附着成为关键。直接添加不但分散不均，而且难以与纤维牢固附着，因此衰减流失极快。而将氧化物催化剂采用前驱物的形式分散附着于纺织纤维，低温水热反应形成的金属氧化物附着不牢固，而高温烧结处理则无法进行。
发明内容
针对现有纺织纤维用于污水处理，负载金属氧化物催化剂不牢固的缺陷，本发明提出一种用于污水处理的高效催化纺织滤布及制备方法，特征是将催化剂与无机纤维预焊接，防止催化剂的脱落，通过与纤维素纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，其对有机物污染物吸附良好，容易使得有机物渗透穿过纤维素与无机纤维催化剂充分接触、催化降解;而且纺织形成的滤布强度高，使用寿命长，耐撕裂。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种用于污水处理的高效催化纺织滤布的制备方法，特征是将催化剂与无机纤维分散均匀，在高速分散状态下，通过激光烧结快速使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;然后与生物质纤维素配制成纺丝液，通过纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，进一步纺织得到用于污水处理的高效催化纺织滤布;制备的具体步骤如下：
(1)将催化剂与无机纤维按一定的质量比例混合，加入一定量的表面活性剂，在高速搅拌分散过程中采用激光进行快速烧结，使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;
(2)将生物质纤维素加入离子液体-二甲基亚砜复合溶剂中，在70~90℃下加热搅拌50~60min，经过滤和脱泡，制成纺丝液;然后加入步骤(1)所得的无机纤维催化剂，搅拌均匀后，缓慢导入纺丝机中，采用喷丝，得到的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维;然后通过装有氯化钙溶液的凝固浴槽牵伸，得到复合纤维;
(3)将步骤(2)得到的复合纤维纺织，得到用于污水处理的高效催化纺织滤布。
优选的，步骤(1)所述催化剂为氧化钛、氧化锌或氧化镍;所述无机纤维为玻璃纤维或硼纤维;
优选的，步骤(1)所述催化剂与无机纤维的混合质量比为1:5~1:4;
优选的，步骤(1)所述表面活性剂为烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、琥珀酸酯磺酸盐、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种，加入量为催化剂与无机纤维质量总和的1~4%;
优选的，步骤(2)所述复合溶剂中，离子液体与二甲基亚砜的质量比例为3:7;
优选的，步骤(2)所述生物质纤维素为秸秆纤维、竹纤维或麻纤维的纤维素，其在纺丝液中的质量浓度为15~20%;
优选的，步骤(2)所述无机纤维催化剂的加入量为纺丝液质量的10~50%。
一种用于污水处理的高效催化纺织滤布，其特征是由上述方法制备得到。通过将催化剂(氧化钛、氧化锌等金属氧化物)与无机纤维分散均匀，在高速分散状态下，通过激光烧结快速使催化剂连接在无机纤维的表面形成无机纤维催化剂;然后将生物质纤维素配制成纺丝液，加入无机纤维催化剂，通过纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，进一步纺织得到用于污水处理的高效催化纺织滤布。其显著的优势是通过将催化剂与无机纤维预焊接，防止催化剂的脱落，通过纤维素纺丝，形成的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，其对有机物污染物吸附良好，容易使得有机物渗透穿过纤维素与无机纤维催化剂充分接触、催化解性;而且纺织形成的滤布强度高，使用寿命长，耐撕裂。
采用无机纤维作为金属催化剂的载体，在处理污水时，无机纤维将污染物吸附，为金属催化剂提高一个高浓度反应物氛围，大大提高了污水处理效率。采用激光烧结的方法，将金属催化剂焊接于无机纤维上，可防止催化剂分散不均或附着不牢固而流散。采用少量离子液体与大量极性非质子溶剂作为复合溶剂，可提高纤维的溶解度及溶解速度，提高可纺性及生产效率，并降低成本。
本发明提供了一种用于污水处理的高效催化纺织滤布及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明采用激光烧结方法将金属催化剂与无机纤维预焊接，可防止催化剂附着不牢固而脱落。
2.本发明制得的纤维内芯为无机纤维催化剂，外层为纤维素的纤维，其对污染物吸附良好，污染物容易渗透穿过纤维素与无机纤维催化剂充分接触并催化降解。
3.本发明采用离子液体-二甲基亚砜复合溶剂制备纺丝液，纤维的溶解度及溶解速度较高，可纺性能良好。
4.本发明得到的高效催化纺织滤布的强度高，使用寿命长，耐撕裂性能好。
5.本发明采用的原料、设备及工艺，成本较低，易于控制，可实现工业化、规模化生产。