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离子交换纤维的开发及应用

来源:中国纺织科技信息网 发布时间:2012年11月13日

离子交换纤维(IEF)的研究始于 20世纪 50年代,它是一种纤维状离子交换材料,本身含有固定离子以及和固定离子符号相反的活动离子,当与能解离化合物的溶液接触时,活动离子即可与溶液中相同符号的离子进行交换,故称离子交换纤维。离子交换纤维主要分为 5 类:强酸性阳离子交换纤维、弱酸性阳离子交换纤维、强碱性阴离子交换纤维、弱碱性阴离子交换纤维和两性离子交换纤维,广义上还包括螯合纤维。

离子交换纤维和颗粒状离子交换剂相比有以下特点:

(1)几何外形不同,一般颗粒状的直径为 0.3 ~ 1.2 mm,而纤维状的直径一般为 10 ~ 50 μm,近几年已开发出了直径小于 1 μm 的纤维;(2)具有较大的比表面积,交换与洗脱速度均较快;(3)可以多种形式应用,如纤维、短纤维、织物、非织造布、毡、网等,因此可用于各种方式的离子交换过程;(4)可以深度净化、吸附微量物质;(5)可吸附、分离有机大分子化合物。

离子交换纤维的发展已有几十年,尤其是近 20 年来发展很快,发表的文章、专利很多。目前国际上以白俄罗斯、俄罗斯、日本等国较成熟,已有相关产品面市。我国在该领域的研究单位包括郑州大学、天津工业大学、北京理工大学、中山大学、北京服装学院等,一些单位已有研制品或批量工业制品。

1 离子交换纤维的制备

离子交换纤维的制备主要以化纤为基体经接枝聚合、大分子化学转换法实现,所用化纤主要是聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、氯乙烯 - 丙烯腈共聚物等的纤维,也有采用聚合物共混纺丝再功能化的。

1.1 高聚物化学转换法

以聚乙烯醇纤维为基体制备强酸性阳离子交换纤维和强碱性阴离子交换纤维,是将聚乙烯醇纤维进行氯代乙缩醛反应,使缩醛度达 47% ~ 50%。用硫化钠使纤维大分子交联,再进一步与亚硫酸钠反应,制得强酸性阳离子交换纤维。经缩醛化并交联的纤维和叔胺反应可制得强碱性阴离子交换纤维。以聚乙烯醇纤维为基体也可先经过半碳化反应,使大分子上的羟基进行部分脱水反应,然后再与浓硫酸反应制得强酸性阳离子交换纤维。而半碳化的纤维和环氧氯丙烷反应,再与叔胺反应,可制得强碱性阴离子交换纤维。

商品化聚丙烯腈纤维分子中主要含腈基,也含少量羧基、酯基,以其为基体可制取离子交换纤维。以二乙烯三胺或硫酸肼为交联剂,经水解反应可制得弱酸性阳离子交换纤维,交换量可达 3 ~ 7 mmol/g,也可调整反应条件制备同时含羧基和胺基的阴、阳两性离子交换纤维。

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