弱酸性阳离子交换纤维的中试生产

高俊娜 崔国士 束兴娟 袁梦珍 马翔

摘 要：以聚烯烃纤维非织布为基材，以二乙烯基苯为交联剂，采用微乳液接枝液体系，通过电子束预辐射接枝丙烯酸，成功制备非织布型弱酸性阳离子交换纤维。该纤维离子交换容量≥8.0mmol/g，接枝率大于90%。中试生产实验表明，该弱酸性阳离子交换纤维制备工艺过程简单易行，制备工艺参数可靠。本实验室设计开发的静态反应装置，较好地保证了加热温度的均匀性，提高了接枝的均匀性。本设计适宜进行规模化工业生产。

关键词：电子束辐照；离子交换纤维；中试

中图分类号：TQ342.84 文献标识码：A 文章编号：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

离子交换纤维被国际科学界、产业界称为21世纪功能材料，是全球分离材料研发领域的一大热点。离子交换纤维直径小，比表面积大，交换与洗脱速度快，吸附速度比颗粒状离子交换剂要高10～100倍，对产品的净化更为彻底，净化度可达到ppb级（亿万分之一）。弱酸性阳离子交换纤维是一种重要的离子交换纤维品种，可广泛应用于湿法冶金中贵重金属离子的富集提取、含重金属离子废水的治理、含阳离子基团的生物大分子提取、含阳离子基团的有机废水的治理、含氨废气治理等方面。对于生物制药、有机化工及环境污染治理等方面的技术发展具有重要价值[1]。科高辐射公司近年来一直在进行电子束辐射接枝制备碱性电池隔膜的研究开发和产业化实施，已形成成熟的成套装置和生产工艺技术。碱性电池隔膜本质上是一种离子交换纤维，因此，这一生产工艺技术完全可以应用于离子交换纤维的生产。而且，生产规模及效率远高于常规的γ-射线辐射接枝。

1 材料与方法

1.1 实验用主要原材料

聚烯烃纤维湿法非织布，纤维直径1.5D，面密度72g±10%，幅宽1 000mm；辐照装置采用AB0.5-60高频高压型自屏蔽电子直线加速器，由河南科高辐射化工科技有限公司提供；丙烯酸（市售高纯工业品）；二乙烯基苯（市售工业品，含量80%）；乳化剂（自制）。

1.2 离子交换容量的检测方法

按照《阳离子交换树脂交换容量测定方法》（GB/T 8144-2008）进行。

1.3 接枝率G

接枝率的计算公式为：

G=100 %×（W-W0）/W0 （1）

式中，W0为接枝前纤维重量，W为接枝后纤维重量。

1.4 单体利用率U

单体利用率的计算公式为：

U=100%×（W-W0）/W1 （2）

式中，W为接枝后纤维重量，W1为反应前，反应液中丙烯酸和二乙烯基苯的质量。

1.5 中实实验方法

根据室内实验获得的适宜条件，确定中试生产实验按以下条件进行：辐照参数：0.5MeV，30mA，20m/min；吸收剂量为50kGy；反应温度：60～65℃；反应时间：6h；接枝液配方：丙烯酸27，二乙烯基苯2.7，乳化剂4.1，去离子水66.2。

2 结果与讨论

2.1 实验室实验结果

弱酸性阳离子交换纤维的适宜條件为：丙烯酸浓度25%～30%，二乙烯基苯用量为丙烯酸的10%，乳化剂用量为二乙烯基苯的1.5倍，吸收剂量为50～75kGy，反应温度为60～65℃，反应时间为6h。接枝率在177以上的样品，离子交换容量均达到8mmol/g以上。

2.2 中试结果

中试生产实验共进行5批，试生产结果见表1。

中试生产产品每批次从卷首、卷中、卷尾及横向左、中、右取9个样品，按照《阳离子交换树脂交换容量测定方法》（GB/T 8144—2008）检测其阳离子交换容量。检测结果见表2

从表1和表2可以看出，批次间实验结果重现性良好，各批次内不同部位离子交换容量基本一致，全部达到8mmol/g；各批次单体利用率均达到90%以上。这表明本研究获得的弱酸性阳离子交换纤维制备工艺及各项工艺参数可行、可靠，具有进一步工业化开发的价值。

3 结论

本研究以聚烯烃纤维非织布为基材，以二乙烯基苯为交联剂，采用微乳液接枝液体系，通过电子束预辐射接枝丙烯酸，成功制备了离子交换容量≥8.0mmol/g、单体利用率大于90%的非织布型弱酸性阳离子交换纤维。

中试生产实验表明，本研究获得的弱酸性阳离子交换纤维制备工艺过程简便易行，各项工艺参数可靠，设计开发的静态反应装置，较好地保证了加热温度的均匀性，有效提高了接枝均匀性，适宜进行规模化工业生产。

本研究主要开展了羧基型弱酸性阳离子交换纤维的制备研究。在未来的研究工作中，将进一步开展对产品的化学结构、微观结构、热性能及应用方面的研究，以期更全面地掌握产品的结构性能。

参考文献：

[1]李鑫，赵俊英，李伟，等.弱酸性阳离子交换纤维对铜离子吸附性能的研究[J].河南科学，2008（1）：28-30.