弱酸性陽離子交換纖維的中試生產

高俊娜 崔國士 束興娟 袁夢珍 馬翔

摘 要：以聚烯烴纖維非織布為基材，以二乙烯基苯為交聯劑，采用微乳液接枝液體系，通過電子束預輻射接枝丙烯酸，成功制備非織布型弱酸性陽離子交換纖維。該纖維離子交換容量≥8.0mmol/g，接枝率大于90%。中試生產實驗表明，該弱酸性陽離子交換纖維制備工藝過程簡單易行，制備工藝參數可靠。本實驗室設計開發的靜態反應裝置，較好地保證了加熱溫度的均勻性，提高了接枝的均勻性。本設計適宜進行規模化工業生產。

關鍵詞：電子束輻照；離子交換纖維；中試

中圖分類號：TQ342.84 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0148-02

Pilot Production of Weak Acid Cation Exchange Fiber

GAO Junna1，2 CUI Guoshi1，2 SHU Xingjuan1，2 YUAN Mengzhen1，2 MA Xiang1，2

Abstract： A weakly acidic cation exchange fiber was successfully prepared by using polyolefin fiber non-woven fabric as a substrate， divinylbenzene as a cross-linker in microemulsion grafting system through electron beam pre-irradiation grafting of acrylic acid. The ion exchange capacity of the fiber is higher than 8.0 mmol/g and the grafting rate is greater than 90%. Pilot production test showed that the preparation process of the weakly acidic cation exchange fiber was simple and easy， and the preparation process parameters were reliable. The static reaction device developed by our laboratory ensured the uniformity of heating temperature and improved the uniformity of the graft. This design was suitable for large-scale industrial production.

Keywords： electron beam irradiation；ion exchange fiber；pilot scale

離子交換纖維被國際科學界、產業界稱為21世紀功能材料，是全球分離材料研發領域的一大熱點。離子交換纖維直徑小，比表面積大，交換與洗脫速度快，吸附速度比顆粒狀離子交換劑要高10～100倍，對產品的凈化更為徹底，凈化度可達到ppb級（億萬分之一）。弱酸性陽離子交換纖維是一種重要的離子交換纖維品種，可廣泛應用于濕法冶金中貴重金屬離子的富集提取、含重金屬離子廢水的治理、含陽離子基團的生物大分子提取、含陽離子基團的有機廢水的治理、含氨廢氣治理等方面。對于生物制藥、有機化工及環境污染治理等方面的技術發展具有重要價值[1]。科高輻射公司近年來一直在進行電子束輻射接枝制備堿性電池隔膜的研究開發和產業化實施，已形成成熟的成套裝置和生產工藝技術。堿性電池隔膜本質上是一種離子交換纖維，因此，這一生產工藝技術完全可以應用于離子交換纖維的生產。而且，生產規模及效率遠高于常規的γ-射線輻射接枝。

1 材料與方法

1.1 實驗用主要原材料

聚烯烴纖維濕法非織布，纖維直徑1.5D，面密度72g±10%，幅寬1 000mm；輻照裝置采用AB0.5-60高頻高壓型自屏蔽電子直線加速器，由河南科高輻射化工科技有限公司提供；丙烯酸（市售高純工業品）；二乙烯基苯（市售工業品，含量80%）；乳化劑（自制）。

1.2 離子交換容量的檢測方法

按照《陽離子交換樹脂交換容量測定方法》（GB/T 8144-2008）進行。

1.3 接枝率G

接枝率的計算公式為：

G=100 %×（W-W0）/W0 （1）

式中，W0為接枝前纖維重量，W為接枝后纖維重量。

1.4 單體利用率U

單體利用率的計算公式為：

U=100%×（W-W0）/W1 （2）

式中，W為接枝后纖維重量，W1為反應前，反應液中丙烯酸和二乙烯基苯的質量。

1.5 中實實驗方法

根據室內實驗獲得的適宜條件，確定中試生產實驗按以下條件進行：輻照參數：0.5MeV，30mA，20m/min；吸收劑量為50kGy；反應溫度：60～65℃；反應時間：6h；接枝液配方：丙烯酸27，二乙烯基苯2.7，乳化劑4.1，去離子水66.2。

2 結果與討論

2.1 實驗室實驗結果

弱酸性陽離子交換纖維的適宜條件為：丙烯酸濃度25%～30%，二乙烯基苯用量為丙烯酸的10%，乳化劑用量為二乙烯基苯的1.5倍，吸收劑量為50～75kGy，反應溫度為60～65℃，反應時間為6h。接枝率在177以上的樣品，離子交換容量均達到8mmol/g以上。

2.2 中試結果

中試生產實驗共進行5批，試生產結果見表1。

中試生產產品每批次從卷首、卷中、卷尾及橫向左、中、右取9個樣品，按照《陽離子交換樹脂交換容量測定方法》（GB/T 8144—2008）檢測其陽離子交換容量。檢測結果見表2

從表1和表2可以看出，批次間實驗結果重現性良好，各批次內不同部位離子交換容量基本一致，全部達到8mmol/g；各批次單體利用率均達到90%以上。這表明本研究獲得的弱酸性陽離子交換纖維制備工藝及各項工藝參數可行、可靠，具有進一步工業化開發的價值。

3 結論

本研究以聚烯烴纖維非織布為基材，以二乙烯基苯為交聯劑，采用微乳液接枝液體系，通過電子束預輻射接枝丙烯酸，成功制備了離子交換容量≥8.0mmol/g、單體利用率大于90%的非織布型弱酸性陽離子交換纖維。

中試生產實驗表明，本研究獲得的弱酸性陽離子交換纖維制備工藝過程簡便易行，各項工藝參數可靠，設計開發的靜態反應裝置，較好地保證了加熱溫度的均勻性，有效提高了接枝均勻性，適宜進行規模化工業生產。

本研究主要開展了羧基型弱酸性陽離子交換纖維的制備研究。在未來的研究工作中，將進一步開展對產品的化學結構、微觀結構、熱性能及應用方面的研究，以期更全面地掌握產品的結構性能。

參考文獻：

[1]李鑫，趙俊英，李偉，等.弱酸性陽離子交換纖維對銅離子吸附性能的研究[J].河南科學，2008（1）：28-30.