黏膠活性炭非織造過濾布的制備與性能

劉青 陳晟洲 王艷麗 胡國樑

摘?要：為制備一種新型處理污水的過濾布，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濾布（VC-ACF），并對此多層復合材料頂破性能，金屬離子過濾以及染料過濾等性能進行研究。結果表明：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量比為1∶1∶3時透氣性最佳;當載炭量為2.7 g/cm2時，織物頂破性能最佳;當載炭量為1.8 g/cm2時，織物過濾Cu2+性能最佳，過濾染料亞甲基藍性能最佳。

關鍵詞：黏膠非織造布;活性炭;過濾;織物性能

中圖分類號：TS174.1

文獻標志碼：A

文章編號：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?；钚蕴糠强椩爝^濾布是一種較為新型的材料，主要應用于污水處理和廢水過濾吸附[1]。利用化學浸漬法制備黏膠活性炭非織造過濾布具有成本低、高效、環保的優點[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，制備得到多層復合黏膠活性炭非織造過濾布（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，制備得到多層復合材料VC-ACF，通過性能表征得出最優助劑配比，并且制備了不同載炭量的VC-ACF，并對得到的織物進行空氣、重金屬、染料過濾性能測試[5-6]。

1?實?驗

1.1?原料和試劑

黏膠針刺非織造布（浙江恒澤環境科技有限公司）;200目活性炭粉末（C.P.化學純）（上海麥克林生化科技有限公司）;無水硫酸銅（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（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.化學純）（無錫市展望化工有限公司）;硼砂（Na2B4O7·10H2O）（無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，經過攪拌，得到均勻浸漬液[7]。

1.2.2?多層復合黏膠非織造過濾布制備

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，得到最終多層復合材料。

1.2.3?過濾布加交聯劑去除多余PVA

將過濾布在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，即交聯劑，在室溫下靜置2 min使得過濾布中PVA與四硼酸鈉充分交聯反應，之后溶液呈現出凝膠狀，最后將非織造過濾布在40 ℃溫度下烘干2 h直至去除多余水分。

1.3?測試與表征

1.3.1?碘吸附測試

參照GB /T 12496.8—1999《木質活性炭試驗方法：碘吸附值的測定》來測定200目納米活性炭原料的碘吸附值。

1.3.2?激光粒度測試

使用英國Malvern司產的Mastersizer 2000型激光粒度儀對配制好的浸漬液進行粒徑測試。

1.3.3?傅立葉紅外光譜（FTIR）測試

使用Nicolet 5700型傅立葉紅外光譜儀對加入交聯劑前后的非織造過濾布進行測試。

1.3.4?原子吸收光譜測試

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

1.3.5?過濾性能測試

使用蘇州蘇信凈化設備廠生產的SX-L1050型濾料效率試驗臺測試VC-ACF的濾阻與過濾效率。

1.3.6?紫外吸光光度測試

使用Lambda 900型紫外分光光度計對經過VC-ACF過濾染料亞甲基藍前后溶液進行吸光度A測試，根據定律間接反映其吸附性能。

1.3.7?織物力學性能測試

使用溫州方圓儀器有限公司生產的YG031D-500型電子強力儀對濾布面積為15 cm×15 cm的VC-ACF進行頂破及擴張度測試。

1.3.8?織物透氣性測試

根據GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定方法》，使用YG461E型透氣性測試儀對VC-ACF進行透氣性測試。

2?結果與討論

2.1?原料吸附性能分析

采用滴定法進行碘吸附測試，測得200目粉末狀活性炭的碘吸附值為820 mg/g，測試結果說明活性炭較為優質，適合實驗使用。

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，可見其在溶液中的分散性較好，浸漬液為較為均一的溶液，這對最終產品VC-ACF載炭量的均勻程度起著關鍵的作用。

2.3?傅立葉紅外光譜（FTIR）測試分析

通過傅立葉紅外光譜儀測試非織造過濾布中化學鍵，得出復合VC-ACF中分子的立體構型，由圖2中伸縮振動頻率可以看出，聚乙烯醇中—C—OH經過交聯劑硼砂改性后，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，避免了過濾過程中對水體產生的二次污染。

2.4?過濾金屬離子性能分析

將試樣面積15 cm×15 cm的過濾布通過原子吸收光譜法測試過濾布過濾金屬離子的性能。配制模擬工業廢水，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試Cu2+含量，圖3顯示：隨著載炭量的增加，濾布對Cu2+的過濾性能呈現出先上升后下降的趨勢，當載炭量為1.80 g/cm2時可過濾金屬Cu2+的性能最佳，超過36 mg，這是由于炭粒在濾材表面形成了過濾層而變得優異，活性炭在此時起到了支撐作用，并且此時活性炭和分散劑及表面活性劑比例達到最佳。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面積的試樣可以過濾30 mg以上的Cu2+，說明VC-ACF具有優異的過濾金屬離子的性能。

2.5?過濾染料性能分析

將15 cm×15 cm的濾布對500 mL亞甲基藍染料廢水進行過濾，通過紫外分光光度測試并參照亞甲基藍標準曲線可以得到不同載炭量過濾前后亞甲基藍濃度變化曲線。圖4顯示了亞甲基藍的濃度，過濾后濃度越低說明過濾量越大。由濃度先降低后升高，可以看出濾布對亞甲基藍染料的過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時濾布的過濾性能最好。而當活性炭含量增加到3.60 g/cm2時，過濾性能大幅下降。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，因而過濾性能下降。整體而言，濾布的染料過濾性能都較好，每15 cm×15 cm的濾布可以吸收100 mg以上的亞甲基藍。

2.6?頂破性能分析

對VC-ACF進行頂破性能測試，表1為頂破強力和擴張度的變化。隨著載炭量的增加頂破強力先升高后降低。而擴張度雖有類似波動但相對穩定，同時得出濾布載炭量在2.70 g/cm2時有較好的抗頂破性能，此時分散劑和表面活性劑配比最佳。

2.7?透氣性測試分析

2.7.1?助劑配比對濾布透氣性影響

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

2.7.2?不同載炭量對透氣性的影響

由圖5選出質量最佳助劑為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。由于活性炭為粉末狀，目數較高，炭粒之間會發生凝聚，形成團聚體，導致黏膠非織造布纖維之間孔隙被小顆粒狀的團聚體堵塞，因此隨著載炭量的增加，VC-ACF的透氣率呈現波動下降的趨勢。

3?結?論

本文以黏膠非織造布為基礎材料，活性炭、十二烷基硫酸鈉和聚乙烯醇1788為原料，通過化學浸漬法，經過熱熔膠粘合襯固定處理得到了活性炭黏膠非織造過濾布（VC-ACF），并經過測試表征和過濾性能分析得到以下結論：

a）實驗制得的VC-ACF對重金屬離子和染料，都有較好的過濾性能，且對染料的過濾性能特別突出，以過濾效果來看已經能夠用于實踐。

b）通過交聯劑將黏膠活性炭非織造布進行改性處理，提高了PVA的耐水性，避免了過濾之后對水體產生的二次污染。

c）根據材料的頂破性能來看，VC-ACF在過濾時能夠承擔一定的沖擊力，這使得材料無論是對抗氣流還是水流都具有較好的耐久性。

d）VC-ACF的出現基本解決了活性炭粉末在使用過程中振動下形態不穩定的問題。在一定程度上推廣了活性炭在污水處理領域的應用。

參考文獻：

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