一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法
阅读说明：本技术 一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法 (Graphene fiber for double efficient formaldehyde removal and preparation method thereof ) 是由 沙嫣 沙晓林 马立国 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法,该方法包含：步骤1,称取原料；步骤2,制备棒状氧化锌；步骤3,将Bi(NO-(3))-(3)·5H-(2)O和KX先后溶解在乙二醇中,搅拌混合均匀后,再加入棒状氧化锌,超声后,转入反应釜中,在加热恒温条件下反应后,离心,收集白色沉淀,洗涤后干燥,得到棒状氧化锌/卤氧化铋；步骤4,向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯,混合均匀后加入挤出机中,通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却,得到能去除甲醛的功能化合成纤维。本发明还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。本发明制备的纤维具有可见光催化活性,在可见光的照射下,即可起到去除甲醛的作用。(The invention discloses a graphene fiber for removing formaldehyde doubly and efficiently and a preparation method thereof, wherein the method comprises the following steps: step 1, weighing raw materials; step 2, preparing rod-shaped zinc oxide; step 3, adding Bi (NO) 3 ) 3 ·5H 2 Dissolving O and KX in ethylene glycol in sequence, stirring and mixing uniformly, then adding rodlike zinc oxide, carrying out ultrasonic treatment, transferring into a reaction kettle, reacting under the condition of heating and constant temperature, centrifuging, collecting white precipitate, washing and drying to obtain rodlike zinc oxide/bismuth oxyhalide; step 4, adding the rodlike zinc oxide/bismuth oxyhalide and the graphene into the raw materials of the synthetic fibers, uniformly mixing, adding into an extruder, and performing melt extrusion, fiber formation and fiber coolingSo as to obtain the functional synthetic fiber capable of removing formaldehyde. The invention also provides the graphene fiber prepared by the method and used for removing formaldehyde doubly and efficiently. The fiber prepared by the invention has visible light catalytic activity, and can play a role in removing formaldehyde under the irradiation of visible light.)
技术领域
本发明涉及一种能去除甲醛的功能化合成纤维及其制备方法，具体地，涉及一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法。
背景技术
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
甲醛在工业中有很多用途，室内装修常用的板材、油漆、地毯、壁纸等多含有并释放甲醛。燃料和烟叶的不完全燃烧也释放甲醛。医学上，甲醛还常被用作防腐剂和消毒剂。还有在服装的面料生产中，为了达到防皱、防缩、阻燃等作用，或为了保持印花、染色的耐久性，或为了改善手感，就需在助剂中添加甲醛。人类接触甲醛的主要途径为经呼吸道吸入、经口食入和经皮肤接触。
甲醛通常为无色气体，有刺激性气味，具有毒性。甲醛的急性中毒表现为对皮肤、黏膜的刺激作用。吸入高浓度甲醛可导致呼吸道激惹症状，打喷嚏、咳嗽并伴鼻和喉咙的烧灼感；此外，还可诱发支气管哮喘、肺炎、肺水肿。经消化道一次性大量摄入甲醛可引起消化道及全身中毒性症状，口腔、咽喉和消化道的腐蚀性烧伤，腹痛，抽搐、死亡等。皮肤接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、皮肤坏死等病变。在世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将甲醛放在一类致癌物列表中。
由于甲醛是用途广泛的化工原料，特别是在建筑装潢以及纺织产业中都有大量的应用，所以针对空气、居室、纺织品、食品等环境和对象的甲醛检测和去除具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种能去除甲醛的功能化合成纤维及其制备方法，所得的功能化合成纤维具有可见光催化活性，在可见光的照射下，即可起到去除甲醛的作用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备棒状氧化锌；步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，搅拌混合均匀后，再加入棒状氧化锌，超声后，转入反应釜中，在加热恒温条件下反应后，离心，收集白色沉淀，洗涤后干燥，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料；步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的方法中，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰(1～15)︰(0.1～5)。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤3中，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤3中，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤3中，Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤3中，KX的X元素为Cl、Br、I中的任意一种。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤4中，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为80％～90％。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的合成纤维为PET，PA6，PA66，粘胶纤维，PP，氨纶中的任意一种或多种。
上述的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其中，所述的步骤4中，经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
本发明还提供了一种上述的方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
本发明提供的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法具有以下优点：
(1)采用棒状氧化锌为载体，可以防止石墨烯、卤氧化铋团聚，显著提高催化剂活性；(2)以棒状氧化锌为载体，负载卤氧化铋可见光催化剂，然后熔融添加入合成纤维中，可解决可见光催化剂的回收和再利用难题，具有可重复利用性，能够避免二次污染，降低成本。(3)所得的功能化合成纤维具有可见光催化活性，在可见光的照射下，即可起到去除甲醛的作用，可制成具有去除甲醛作用的窗帘、衣物、纺织品等，从而进一步拓宽了合成纤维的应用范围。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备棒状氧化锌；步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，搅拌混合均匀后，再加入棒状氧化锌，超声后，转入反应釜中，在加热恒温条件下反应后，离心，收集白色沉淀，洗涤后干燥，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料；步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰(1～15)︰(0.1～5)。
制备棒状氧化锌是以单一和混合锌盐为锌源，氢氧化钠为沉淀剂，丙氨酸和离子液(IL)为表面活性剂，通过水热法制备棒状氧化锌。
步骤3中，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤3中，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。
步骤3中，Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。
步骤3中，KX的X元素为Cl、Br、I中的任意一种。
步骤4中，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为80％～90％。
合成纤维为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PA6(尼龙6，聚酰胺6)，PA66(尼龙66，聚己二酰己二胺)，粘胶纤维，PP(聚丙烯)，氨纶中的任意一种或多种。
步骤4中，经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
本发明中采用的设备和加工工艺条件参数等均为本领域内技术人员所知的现有设备。
本发明还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
下面结合实施例对本发明提供的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备棒状氧化锌。
步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。KX的X元素为Cl。室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为80％。混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。具体过程是经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
合成纤维为PET纤维。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰1︰0.1。
本实施例还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
实施例2
一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备棒状氧化锌。
步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。KX的X元素为Br。室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为82％。混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。具体过程是经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
合成纤维为PA6，PA66纤维。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰5︰2。
本实施例还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
实施例3
一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备棒状氧化锌。
步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。KX的X元素为I。室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为85％。混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。具体过程是经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
合成纤维为粘胶纤维或PP纤维。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰8︰3。
本实施例还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
实施例4
一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备棒状氧化锌。
步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。KX的X元素为Cl。室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为88％。混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。具体过程是经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
合成纤维为氨纶纤维。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰12︰4。
本实施例还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
实施例5
一种双重高效去除甲醛的石墨烯纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备棒状氧化锌。
步骤3，将Bi(NO3)3·5H2O和KX先后溶解在乙二醇中，按质量百分比计乙二醇的用量为98％，Bi(NO3)3·5H2O和KX为2％。Bi(NO3)3·5H2O和KX的摩尔比为1:1。KX的X元素为I。室温下搅拌混合均匀，再加入棒状氧化锌，室温下超声1～3h后，转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，使反应釜的填充体积为60～80％；将反应釜在140～200℃恒温条件下反应6～18h后，离心，收集白色沉淀，用水和无水乙醇交替洗涤后，在60～95℃下干燥24～48h，得到棒状氧化锌/卤氧化铋复合材料。
步骤4，向合成纤维的原料中加入棒状氧化锌/卤氧化铋以及石墨烯，合成纤维的原料用量按质量百分比计为90％。混合均匀后加入熔融挤出机中，然后通过熔融挤出、纤维形成、纤维冷却，得到能去除甲醛的功能化合成纤维。具体过程是经过双螺杆纺丝机熔融挤出得到初生原丝，然后在双扩散作用下凝固成型，纤维形成后再在室温下冷却得到成品丝。
合成纤维为PET，PA6，PA66，粘胶纤维，PP，氨纶中的任意多种。
优选地，采用的棒状氧化锌、Bi(NO3)3·5H2O和石墨烯的质量比为100︰15︰5。
本实施例还提供了该方法制备的双重高效去除甲醛的石墨烯纤维。
对本发明各实施例制备的纤维进行试验。经测试，结果证明该纤维去除甲醛效率高，去除效率可达95％以上。与现有市场上除甲醛产品相比，该功能纤维可重复利用，环保再生。
本发明提供了一种能去除甲醛的功能化合成纤维及其制备和应用。采用棒状氧化锌作为载体，负载石墨烯、卤氧化铋，然后通过熔融方法加入到合成纤维中，即得到能去除甲醛的功能化合成纤维。本发明通过以棒状氧化锌为载体，负载石墨烯、卤氧化铋的可见光催化剂，然后熔融添加入合成纤维中，可解决可见光催化剂的回收和再利用难题；具有可重复利用性，能够避免二次污染，降低成本，在工业化应用中具有广阔的前景。所得的功能化合成纤维具有可见光催化活性，在可见光的照射下，即可起到去除甲醛的作用，从而进一步拓宽了合成纤维的应用范围。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种碳纤维生产原液后处理的方法及其装置