劉青 陳晟洲 王艷麗 胡國(guó)樑

摘?要：為制備一種新型處理污水的過(guò)濾布，采用浸漬法將活性炭和分散劑1788型PVA以及表面活性劑十二烷基硫酸鈉按比例混合并均勻涂覆在黏膠非織造布上從而制備了黏膠活性炭非織造過(guò)濾布（VC-ACF），并對(duì)此多層復(fù)合材料頂破性能，金屬離子過(guò)濾以及染料過(guò)濾等性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：隨著1788型PVA以及十二烷基硫酸鈉的增加，VC-ACF的透氣性先增加后減小，在1788型PVA、十二硫酸烷基鈉與活性炭質(zhì)量比為1∶1∶3時(shí)透氣性最佳;當(dāng)載炭量為2.7 g/cm2時(shí)，織物頂破性能最佳;當(dāng)載炭量為1.8 g/cm2時(shí)，織物過(guò)濾Cu2+性能最佳，過(guò)濾染料亞甲基藍(lán)性能最佳。

關(guān)鍵詞：黏膠非織造布;活性炭;過(guò)濾;織物性能

中圖分類號(hào)：TS174.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）02-0021-04

Abstract：In order to prepare a new type of filter cloth to treat sewage， the activated carbon， dispersant 1788 type PVA and the surfactant sodium dodecyl sulfate were mixed in proportion and uniformly coated on the viscose nonwoven with impregnation method to prepare viscose activated carbon non-woven （VC-ACF）， and the properties of multi-layer composite materials such as bursting performance， metal ion filtration and dye filtration were studied. The results showed that the permeability of VC-ACF increased first and then decreased with the increase of 1788 PVA and sodium dodecyl sulfate. When the mass ratio of 1788 PVA， sodium dodecyl sulfate and activated carbon was 1∶1∶3， the air permeability was the best. When the carbon content was 2.7 g/cm2， the fabric had the best bursting property. When the carbon content was 1.8 g/cm2， the Cu2+ filtration property and methylene blue filtration property of the fabric was the best.

Key words：viscose nonwovens; activated carbon; filtration; fabric properties

黏膠纖維是一種再生纖維，具有吸濕性好，易染色等特點(diǎn)。活性炭非織造過(guò)濾布是一種較為新型的材料，主要應(yīng)用于污水處理和廢水過(guò)濾吸附[1]。利用化學(xué)浸漬法制備黏膠活性炭非織造過(guò)濾布具有成本低、高效、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)[2]?；钚蕴孔鳛橐环N表面微孔豐富，具有良好吸附性能的材料，均勻分散于黏膠非織造布中，制備得到多層復(fù)合黏膠活性炭非織造過(guò)濾布（VC-ACF）[3-4]。

本文以不同比例的1788型PVA和十二烷基硫酸鈉作為助劑，用活性炭浸漬，表面涂覆以及烘干，再用熱熔膠粘合襯雙面熨燙壓平，制備得到多層復(fù)合材料VC-ACF，通過(guò)性能表征得出最優(yōu)助劑配比，并且制備了不同載炭量的VC-ACF，并對(duì)得到的織物進(jìn)行空氣、重金屬、染料過(guò)濾性能測(cè)試[5-6]。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?原料和試劑

黏膠針刺非織造布（浙江恒澤環(huán)境科技有限公司）;200目活性炭粉末（C.P.化學(xué)純）（上海麥克林生化科技有限公司）;無(wú)水硫酸銅（CuSO4）（A.R.分析純）（上海麥克林生化科技有限公司）;1788聚乙烯醇（醇解度78.0%～89.0%）（阿拉丁試劑（上海）有限公司）;亞甲基藍(lán)（A.R.分析純）（上海展云化工有限公司）;十二烷基硫酸鈉（C12H25NaO4S）（C.P.化學(xué)純）（無(wú)錫市展望化工有限公司）;硼砂（Na2B4O7·10H2O）（無(wú)錫市展望化工有限公司）;服用聚乙烯熱熔粘合襯。

1.2?黏膠活性炭非織造過(guò)濾布的制備

1.2.1?浸漬液的制備

將活性炭在80 ℃的溫度下烘干，利用磁力攪拌器加熱溶解一定比例的PVA（1788型）和十二烷基硫酸鈉，不斷攪拌直至成均一絮狀溶液;將活性炭倒入水中，使活性炭充分潤(rùn)濕，形成活性炭和水的混合溶液;再將溶解后的助劑加入活性炭與水的混合溶液中，經(jīng)過(guò)攪拌，得到均勻浸漬液[7]。

1.2.2?多層復(fù)合黏膠非織造過(guò)濾布制備

將浸漬液均勻涂覆于黏膠針刺非織造布表面，用壓輥壓出多余浸漬液，將其在60 ℃溫度下烘干1 h，在室溫下晾干24 h，制備得到VC-ACF半成品，將熱熔膠粘合襯均勻熨壓于織物兩面，得到最終多層復(fù)合材料。

1.2.3?過(guò)濾布加交聯(lián)劑去除多余PVA

將過(guò)濾布在80 ℃溫度下烘干1 h，干燥后取出加入配制好的四硼酸鈉溶液，即交聯(lián)劑，在室溫下靜置2 min使得過(guò)濾布中PVA與四硼酸鈉充分交聯(lián)反應(yīng)，之后溶液呈現(xiàn)出凝膠狀，最后將非織造過(guò)濾布在40 ℃溫度下烘干2 h直至去除多余水分。

1.3?測(cè)試與表征

1.3.1?碘吸附測(cè)試

參照GB /T 12496.8—1999《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法：碘吸附值的測(cè)定》來(lái)測(cè)定200目納米活性炭原料的碘吸附值。

1.3.2?激光粒度測(cè)試

使用英國(guó)Malvern司產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀對(duì)配制好的浸漬液進(jìn)行粒徑測(cè)試。

1.3.3?傅立葉紅外光譜（FTIR）測(cè)試

使用Nicolet 5700型傅立葉紅外光譜儀對(duì)加入交聯(lián)劑前后的非織造過(guò)濾布進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4?原子吸收光譜測(cè)試

配制模擬工業(yè)廢水，成分包括水、淀粉（C6H10O5）n、銅離子（Cu2+）;使用美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的Sollar M6型原子吸收光譜儀測(cè)試經(jīng)過(guò)VC-ACF過(guò)濾前后的溶液中Cu2+濃度，以測(cè)試出VC-ACF的過(guò)濾吸附性能。

1.3.5?過(guò)濾性能測(cè)試

使用蘇州蘇信凈化設(shè)備廠生產(chǎn)的SX-L1050型濾料效率試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試VC-ACF的濾阻與過(guò)濾效率。

1.3.6?紫外吸光光度測(cè)試

使用Lambda 900型紫外分光光度計(jì)對(duì)經(jīng)過(guò)VC-ACF過(guò)濾染料亞甲基藍(lán)前后溶液進(jìn)行吸光度A測(cè)試，根據(jù)定律間接反映其吸附性能。

1.3.7?織物力學(xué)性能測(cè)試

使用溫州方圓儀器有限公司生產(chǎn)的YG031D-500型電子強(qiáng)力儀對(duì)濾布面積為15 cm×15 cm的VC-ACF進(jìn)行頂破及擴(kuò)張度測(cè)試。

1.3.8?織物透氣性測(cè)試

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定方法》，使用YG461E型透氣性測(cè)試儀對(duì)VC-ACF進(jìn)行透氣性測(cè)試。

2?結(jié)果與討論

2.1?原料吸附性能分析

采用滴定法進(jìn)行碘吸附測(cè)試，測(cè)得200目粉末狀活性炭的碘吸附值為820 mg/g，測(cè)試結(jié)果說(shuō)明活性炭較為優(yōu)質(zhì)，適合實(shí)驗(yàn)使用。

2.2?激光粒度分析

由圖1可知，PVA（1788型）以及十二烷基硫酸鈉在浸漬液中的粒徑分布較為均勻，可見(jiàn)其在溶液中的分散性較好，浸漬液為較為均一的溶液，這對(duì)最終產(chǎn)品VC-ACF載炭量的均勻程度起著關(guān)鍵的作用。

2.3?傅立葉紅外光譜（FTIR）測(cè)試分析

通過(guò)傅立葉紅外光譜儀測(cè)試非織造過(guò)濾布中化學(xué)鍵，得出復(fù)合VC-ACF中分子的立體構(gòu)型，由圖2中伸縮振動(dòng)頻率可以看出，聚乙烯醇中—C—OH經(jīng)過(guò)交聯(lián)劑硼砂改性后，特征峰明顯減弱，即PVA中的—C—OH明顯減少，由此提高了聚乙烯醇的耐水性，避免了過(guò)濾過(guò)程中對(duì)水體產(chǎn)生的二次污染。

2.4?過(guò)濾金屬離子性能分析

將試樣面積15 cm×15 cm的過(guò)濾布通過(guò)原子吸收光譜法測(cè)試過(guò)濾布過(guò)濾金屬離子的性能。配制模擬工業(yè)廢水，其成分為：水、淀粉（C6H10O5）n、鹽水（NaCl）、銅離子（Cu2+），將其均勻混合。用原子吸收光譜法測(cè)試Cu2+含量，圖3顯示：隨著載炭量的增加，濾布對(duì)Cu2+的過(guò)濾性能呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)載炭量為1.80 g/cm2時(shí)可過(guò)濾金屬Cu2+的性能最佳，超過(guò)36 mg，這是由于炭粒在濾材表面形成了過(guò)濾層而變得優(yōu)異，活性炭在此時(shí)起到了支撐作用，并且此時(shí)活性炭和分散劑及表面活性劑比例達(dá)到最佳。載炭量為1.35 g/cm2，2.25 g/cm2的濾布均可較好地吸收廢水中的CU2+，225 cm2面積的試樣可以過(guò)濾30 mg以上的Cu2+，說(shuō)明VC-ACF具有優(yōu)異的過(guò)濾金屬離子的性能。

2.5?過(guò)濾染料性能分析

將15 cm×15 cm的濾布對(duì)500 mL亞甲基藍(lán)染料廢水進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)紫外分光光度測(cè)試并參照亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線可以得到不同載炭量過(guò)濾前后亞甲基藍(lán)濃度變化曲線。圖4顯示了亞甲基藍(lán)的濃度，過(guò)濾后濃度越低說(shuō)明過(guò)濾量越大。由濃度先降低后升高，可以看出濾布對(duì)亞甲基藍(lán)染料的過(guò)濾性能先緩慢增加再逐漸降低。在含炭量為載炭量為1.80 g/cm2，2.25 g/cm2時(shí)濾布的過(guò)濾性能最好。而當(dāng)活性炭含量增加到3.60 g/cm2時(shí)，過(guò)濾性能大幅下降。原因在于助劑整體比例上升，將活性炭表面的微孔被分散劑及表面活性劑堵塞，因而過(guò)濾性能下降。整體而言，濾布的染料過(guò)濾性能都較好，每15 cm×15 cm的濾布可以吸收100 mg以上的亞甲基藍(lán)。

2.6?頂破性能分析

對(duì)VC-ACF進(jìn)行頂破性能測(cè)試，表1為頂破強(qiáng)力和擴(kuò)張度的變化。隨著載炭量的增加頂破強(qiáng)力先升高后降低。而擴(kuò)張度雖有類似波動(dòng)但相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)得出濾布載炭量在2.70 g/cm2時(shí)有較好的抗頂破性能，此時(shí)分散劑和表面活性劑配比最佳。

2.7?透氣性測(cè)試分析

2.7.1?助劑配比對(duì)濾布透氣性影響

將1788型PVA及十二烷基硫酸鈉和活性炭按一定質(zhì)量混合試驗(yàn)，由圖5分析得出，VC-ACF的透氣性在PVA和十二烷基硫酸鈉質(zhì)量分別為1 g，活性炭為3 g，即PVA∶十二烷基硫酸鈉∶活性炭=1∶1∶3時(shí)比例最佳，此時(shí)VC-ACF的透氣性最好。

2.7.2?不同載炭量對(duì)透氣性的影響

由圖5選出質(zhì)量最佳助劑為1 g，制備不同載炭量的VC-ACF。載炭量分別為0、1.8、2.4、3.0、3.6、4.2、4.8 g/cm2，測(cè)試透氣率如圖6所示，隨著載炭量增加透氣率逐漸下降的趨勢(shì)。由于活性炭為粉末狀，目數(shù)較高，炭粒之間會(huì)發(fā)生凝聚，形成團(tuán)聚體，導(dǎo)致黏膠非織造布纖維之間孔隙被小顆粒狀的團(tuán)聚體堵塞，因此隨著載炭量的增加，VC-ACF的透氣率呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)。

3?結(jié)?論

本文以黏膠非織造布為基礎(chǔ)材料，活性炭、十二烷基硫酸鈉和聚乙烯醇1788為原料，通過(guò)化學(xué)浸漬法，經(jīng)過(guò)熱熔膠粘合襯固定處理得到了活性炭黏膠非織造過(guò)濾布（VC-ACF），并經(jīng)過(guò)測(cè)試表征和過(guò)濾性能分析得到以下結(jié)論：

a）實(shí)驗(yàn)制得的VC-ACF對(duì)重金屬離子和染料，都有較好的過(guò)濾性能，且對(duì)染料的過(guò)濾性能特別突出，以過(guò)濾效果來(lái)看已經(jīng)能夠用于實(shí)踐。

b）通過(guò)交聯(lián)劑將黏膠活性炭非織造布進(jìn)行改性處理，提高了PVA的耐水性，避免了過(guò)濾之后對(duì)水體產(chǎn)生的二次污染。

c）根據(jù)材料的頂破性能來(lái)看，VC-ACF在過(guò)濾時(shí)能夠承擔(dān)一定的沖擊力，這使得材料無(wú)論是對(duì)抗氣流還是水流都具有較好的耐久性。

d）VC-ACF的出現(xiàn)基本解決了活性炭粉末在使用過(guò)程中振動(dòng)下形態(tài)不穩(wěn)定的問(wèn)題。在一定程度上推廣了活性炭在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

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