改性滌綸非織造布及羊毛對水中銅離子的吸附性能研究

石園園，張 輝

(西安工程大學 紡織與材料學院,陜西 西安 710048)

改性滌綸非織造布及羊毛對水中銅離子的吸附性能研究

石園園，張 輝

(西安工程大學 紡織與材料學院,陜西 西安 710048)

為去除水中微量銅離子，采用水熱法合成四氧化三鐵再負載時加入羊毛將其負載在滌綸非織造織物上進行改性，或采用鈦酸四丁酯和鈦酸異丙酯為鈦源對羊毛纖維進行改性，測試其吸附能力。結果表明：原毛纖維和改性羊毛纖維對水中的銅離子吸附效果明顯，在制備磁性納米四氧化三鐵織物中加入羊毛纖維可以顯著提升對銅離子的吸附能力。

吸附；磁性；羊毛纖維；銅離子

目前，水中重金屬離子的去除方法主要有吸附法、絮凝沉淀法、膜分離技術、生物技術、有機材料法和硫化物沉淀法等。其中，有機材料法已被越來越多的研究者所關注，因為它具有選擇性好，處理能力強，成本低，可反復利用等優點。磁性納米材料的結構單元中存在孔洞或通道，有助于吸附質進入材料內部，其磁響應性能有利于磁性材料的重復利用[1]。同時，因為羊毛本身具有很大的吸附力，是用于水中重金屬離子吸附的理想材料，而改性后的羊毛不僅具有吸附性，還具有自清潔等其他特性。鑒于此，將碰性納米材料包裹到紡織材料表面，可以極大地提高磁性納米粒子的穩定性，對重金屬離子吸附性能也相應得到增強，而目前有關織物用于水中重金屬離子吸附的研究幾乎沒有涉及。對微量銅離子濃度可采用顯色反應來，常采用的顯色劑有4-(2-吡啶偶氮)間苯二酚[2-3]、巰基棉分離富集[4]、微孔慮膜富集[5]和新亞銅靈[6]等，但這些方法靈敏度不夠高，干擾大。采用雙環己酮乙二酰二腙(BCO)[7]為顯色劑，反應靈敏，干擾小。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料：克重為285 g/m2針刺純滌綸非織造布，7.4 tex澳洲羊毛，雙環己酮乙二酰二胺(BCO，AR)，硫酸銅(AR)，檸檬酸三銨(AR)，無水乙醇(AR)，氯化銨(AR)濃氨水(25%，AR)，乙醛(40%，AR)，硫酸鐵(AR)，硫代硫酸鈉(AR)，尿素(AR)，丙酮(AR)，鈦酸四丁酯(AR)，鈦酸異丙酯(AR)，冰醋酸(AR)，碳酸鈉(AR)，硫酸銨(AR)，硫酸鈉(AR)。

儀器：UV-1601紫外/可見分光光度計(北京瑞利分析儀器有限公司)，ST20測試筆PH(上海奧豪斯儀器有限司)，WGL-45B電熱鼓風干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)，電熱恒溫水浴鍋DK-98-1(天津市泰斯特儀器有限公司)，JXF-6均相反應器(煙臺松嶺化工設備有限公司)，SY2200-T超聲波儀器(上海聲源超聲波儀器設備有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 銅離子濃度測量

當銅離子濃度低于10 μg/mL時，使用顯色劑BCO測量銅離子濃度。

(1)標準液的配制

銅的標準液：使用去離子水將硫酸銅配置成6 μg/mL銅標準溶液。

銅腙的標準液：稱取0.2 g銅腙置于燒杯中，加入50 mL無水乙醇攪拌溶解，再加入50 mL去離子水，混合均勻制成銅腙溶液。

乙醛溶液：40%的乙醛溶液。

檸檬酸銨標準液：稱取20 g檸檬酸銨并溶于100 mL去離子水中，制成質量濃度20%的檸檬酸銨溶液。

緩沖液：稱取40 g氯化銨溶于去離子水中，然后加入40 mL的濃氨水，再用去離子水稀釋至1 000 mL，混合均勻制成氨—氯化銨緩沖溶液，溶液pH值為9.3～9.4。

(2)濃度測量

用5 mL移液管精確移取0、1、2、3、4、5 mL濃度為6 μg/mL銅的標準液，并分別置于50 mL容量瓶中，用移液管按順序分別加入7 mL濃度為20%的檸檬酸銨，5 mL的氨—氯化銨緩沖液溶液，1 mL濃度為40%的乙醛溶液，11 mL濃度為0.2%的BCO溶液，最后用去離子水定容，搖勻。以試劑為空白，使用1 cm比色皿在波長545 nm處用紫外/可見分光光度計上測定溶液的吸光度。

1.2.2 四氧化三鐵制備及改性

100 g/L取氫氧化鈉，在浴比1∶50、溫度100 ℃、時間30 min條件下對滌綸非織造布進行洗滌，水熱合成納米四氧化三鐵反應方程式為：

2Fe3++S2O32-+2OH-=2Fe2++S+SO42-+H2O

(1)

硫酸鐵與硫代硫酸鈉摩爾比為1∶1，硫酸鐵用量為0.03 mol/L，反應溫度為130 ℃，反應時間為5 h，添加尿素使溶液的pH值在1.8～2.5，反應完畢用去離子水、無水乙醇、丙酮反復洗滌，超聲振蕩，烘箱50 ℃烘干。

四氧化三鐵改性是在水熱反應時加入羊毛纖維。

1.2.3 羊毛纖維改性

將0.5 mL鈦酸四丁酯/鈦酸異丙酯滴加到10 mL無水乙醇溶液中并劇烈攪拌，隨后緩慢加入70 mL去離子水，將預處理好的羊毛纖維浸漬10 min，連同溶液一起轉移到100 mL聚四氟乙烯密封容器中，在110 ℃下恒溫處理2 h后取出反應釜，冷卻至室溫，反應完畢用去離子水、無水乙醇、丙酮反復洗滌，超聲振蕩，烘箱50 ℃烘干。

1.3 性能測試

1.3.1 回歸曲線

圖1是使用Origin 8.1軟件回歸的銅離子濃度與吸光度關系曲線。

1.3.2 吸附性能

圖2為四氧化三鐵和四氧化三鐵摻雜羊毛改性滌綸非織造布吸附銅離子能力的對比。

圖3為羊毛纖維和經鈦酸四丁酯及鈦酸異丙酯改性羊毛纖維吸附銅離子能力的比較。

1.3.3 掃描電鏡和X射線能譜圖(圖4～圖7)

2 結果與討論

2.1 銅離子標定曲線

從圖1給出的標定曲線可得0.12～1.08 μg/mL銅的標準溶液吸光度A與Cu2+濃度C回歸方程為：A=0.3843C+0.0035，相關系數R2=0.998，表觀摩爾吸光系數為2.459×104L/(mol·cm)。可以看出，在0.12～4.80 μg/mL范圍內，硫酸銅溶液的吸光度與濃度符合比爾定律。

2.2 吸附能力分析

從圖2可知，摻雜羊毛四氧化三鐵改性滌綸織物吸附銅離子的能力明顯好于未四氧化三鐵摻雜羊毛改性滌綸織物。

從圖3可知，原毛纖維的吸附能力最強，鈦酸異丙酯次之，鈦酸四丁酯最差。同時，也說明了對羊毛纖維驚進行二氧化鈦水熱法改性處理，并沒有破壞其吸附性能，只是使得吸附性能有所減弱。

2.3 掃描電鏡及能譜分析

由圖4、圖5所給出的掃描電鏡和能譜圖可知，四氧化三鐵改性后的滌綸非織造布完全被顆粒狀物質包裹，電鏡照片顯示微米級顆粒是由納米級顆粒組成，并出現一定程度的團聚現象。四氧化三鐵摻雜羊毛改性后的滌綸非織造布表面完全被膠狀物質包裹，顆粒有所減少，表面相對較為平整，該物質是由納米顆粒組成。四氧化三鐵摻雜羊毛與未摻雜羊毛的改性滌綸非織造布均由C、O、S和Fe元素構成，但質量百分比和原子百分比有所不同，摻雜羊毛改性非織造布的C和O元素所占比重明顯增多，說明羊毛水解并參與四氧化三鐵合成從而沉積在滌綸纖維表面。

由圖5、圖6所給出的掃描電鏡和能譜圖可知，鈦酸異丙酯和鈦酸四丁酯改性羊毛纖維表面有顆粒狀物質附著。鈦酸異丙酯和鈦酸四丁酯改性羊毛纖維均由C、O、N、S和Ti元素構成，但質量百分比和原子百分比有所不同。

3 結論

(1)通過實驗掌握了測定水中微量銅離子的測試方法，即銅離子與雙環己酮乙二酰二腙(BCO)和乙醛的顯色反應。

(2)在負載納米四氧化三鐵磁性顆粒過程中添加羊毛纖維，可以大幅度提高銅離子的吸附能力。

[1] 秦昆華，馬文石.納米Fe3O4磁性粒子的制備及其表面改性研究進展[J].中國粉體技術，2008，14(2):59-63.

[2] 李曉宜.4-(2-吡啶偶氮)-間苯二酚光度法測定銅[J].邵陽學院學報(自然科學版)，2005，2(3)：85-87.

[3] 李慧芝，張 瑾，解文秀，等.4-(2-吡啶偶氮)間苯二酚固相萃取分光光度法測定痕量鉑[J].冶金分析，2010，30(6)：58-61.

[4] 陳朝陽，黃澤興.巰基棉分離富集測定水中痕量銅[J].中華預防醫學雜志，1990，(4)：227-229.

[5] 羅川南，楊 勇，楊秀利，等.微孔濾膜富集分光光度法測定銅[J].分析化學，2000，(2)：28.

[6] 楊惠成，鄢國強.新亞銅靈吸光光度法測定純鋁、鋁合金及鋼鐵中銅[J].冶金分析，1991，(2)：59-60.

[7] 趙俊杰，姚 偉，沈卓身，等.鍍鎳液中銅的分光光度分析[J].材料保護，2004，37(8)：54-55.

Study on the Adsorption Properties of Modified Polyester Nonwoven Fabric and Wool for Copper Ions

SHI Yuan-yuan,ZHANG Hui

(School of Textile and Materials, Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710048, China)

In order to remove the copper ions in water, Fe3O4was synthesized by hydrothermal method and then supported on the nonwoven polyester fabric with the addition of wool to modify. Another way was modification of wool fiber using tetrabutyl titanate and isopropyl titanate as the titanium source. The adsorption ability was tested. The test results showed that copper ions in water was adsorbed obviously by wool fiber and modified wool fiber. The adsorption ability of magnetic nanometer Fe3O4fabrics addition with wool fibers could be obviously improved.

adsorption; magnetic; wool; copper ions

2015-09-02

石園園(1989-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：紡織材料功能整理，E-mail:1098954360@qq.com。

TS193.6

A

1673-0356(2016)01-0031-03