本發(fā)明涉及無紡布，尤其涉及一種高吸附性無紡布及其制備方法和應用。

背景技術：

1、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)作為我國重要的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大和集約化程度的提高，面臨著日益嚴重的水體污染問題。養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的殘餌、糞便、殘骸等污染物主要以懸浮顆粒物形式存在于水體中，同時還包括氮磷等營養(yǎng)鹽類以及重金屬離子等有毒物質。隨著養(yǎng)殖方式向循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展，養(yǎng)殖密度和投餌量大大增加，導致殘餌量和魚體排泄物也相應增加，導致超細懸浮顆粒物長時間停留在養(yǎng)殖系統(tǒng)中，對養(yǎng)殖環(huán)境造成諸多危害，如損壞魚鰓、阻塞生物過濾器、氨化產(chǎn)生氨氮、消耗水中的溶氧，并大量吸附細菌、病毒等微生物，導致水體自凈能力降低。

2、目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的水質凈化方法主要包括物理過濾、生物過濾、化學處理等。其中，物理過濾是一種簡單有效的方法，通常采用沙石、無紡布等多孔材料作為過濾介質。中國專利cn201310029483.3公開了一種復合過濾介質及過濾海水養(yǎng)殖水中超細懸浮物的方法，該復合過濾介質包括初級過濾層和精密無紡布層，所述精密無紡布層貼合于所述初級過濾層的背表面，所述初級過濾層為不對稱過濾介質，其孔徑由大向小漸變，所述初級過濾層的正表面平均孔徑為20～60μm，其背表面平均孔徑為10～30μm，其厚度為3～5mm；所述精密無紡布層平均孔徑為5～20μm，其厚度為100～400μm。該技術方案中通過無紡布的孔徑大小變換過濾懸浮顆粒，并通過對無紡布進行親水改性，降低有機物堵塞孔道的風險，但上述技術方案仍以下問題:1、對溶解性污染物如氮、磷、重金屬離子等的吸附能力有限；2、親水改性雖然可以減少某些有機物的吸附，但對于水產(chǎn)養(yǎng)殖中各種不同類型的污染物缺乏選擇性吸附能力，無法有針對性地去除特定污染物。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種高吸附性無紡布及其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有技術中無紡布的吸附效率低、吸附選擇性差等問題。

2、本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種高吸附性無紡布，所述高吸附性無紡布由無紡布基布浸軋于整理液中整理得到，所述無紡布基布由以下原料制成：按重量份數(shù)計，聚丙烯70-80份、聚酯顆粒15-55份、改性活性炭5-10份、潤滑劑3-5份、抗氧化劑5-10份、熱穩(wěn)定劑1-2份、相容劑5-8份。

4、本發(fā)明中，聚丙烯和聚酯顆粒作為基礎材料形成無紡布，加入改性活性炭可通過物理吸附和化學吸附兩種機制來去除水中的有機物(如代謝產(chǎn)物等)、以及色素和異味等污染物；整理液中的改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物通過化學吸附和包合作用來去除水中的陰離子污染物(如磷酸鹽、硝酸鹽等)、重金屬離子(銅、鉛、汞)和芳香族化合物等有機污染物，改性活性炭和整理液的組合使得這種無紡布具有多重吸附機制，可以同時去除水產(chǎn)養(yǎng)殖中的多種污染物，包括有機物、無機離子、重金屬、色素和異味物質等，不僅提高了整體的吸附效率，還增強了對特定污染物的選擇性吸附能力。

5、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述改性活性炭的制備方法包括以下步驟：

6、(1)將生物質活性炭進行球磨處理；

7、(2)然后將球磨處理后的生物質活性炭和活化劑混合，在氬氣保護下，置于管式爐中升溫加熱至600-800℃，恒溫反應45-65min，得到改性活性炭。

8、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述生物質活性炭的原料為椰殼、竹子、水稻秸稈、玉米秸稈中的一種或多種；步驟(1)中，球磨處理的參數(shù)為：球料比8-10:1，球磨轉速為300-400rpm，球磨時間為2-4h。

9、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述生物質活性炭和活化劑的質量比為1:1-3，所述活化劑包括碳酸鉀和碳酸氫鉀，碳酸鉀和碳酸氫鉀的質量比為3:1。

10、本發(fā)明中，先對生物質活性炭進行球磨處理，通過球磨的機械作用減小了活性炭的粒徑，增加了比表面積，還在碳骨架中引入了大量的結構缺陷和活性位點。同時，機械力還可能導致碳骨架中某些化學鍵的斷裂，形成自由基和不飽和鍵，這些都增加了活性炭的化學反應活性。然后將球磨處理后的生物質活性炭與活化劑混合進行熱解處理，在高溫條件下，碳酸鉀和碳酸氫鉀首先發(fā)生熱分解，生成氧化鉀，與活性炭中的碳發(fā)生氧化還原反應，形成金屬鉀和一氧化碳。這個過程不僅蝕刻了碳骨架，創(chuàng)造了更多的孔隙，還在活性炭表面引入了含氧官能團；同時，金屬鉀會進一步插入碳層間，造成碳層剝離和膨脹，形成更多的微孔和介孔結構，增加了孔隙率，大大提高活性炭對各種污染物的吸附能力。此外，先進行球磨處理，增加比表面積，可使在隨后的熱解處理中，活化劑(碳酸鉀和碳酸氫鉀)能更均勻、深入地滲透到活性炭的內部結構中，這種深度滲透確保了活化過程在活性炭的整個體積內均勻進行，而不僅限于表面，球磨處理與熱解處理協(xié)同處理可使改性活性炭具有高比表面積、豐富孔隙結構和多樣表面官能團，大大提高了其對各種污染物的吸附效率。

11、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述整理液的制備方法包括以下步驟：

12、s1、將殼聚糖加入到去離子水中，75-85℃恒溫油浴反應10-12h，然后加入2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，繼續(xù)反應20-24h，反應結束后冷卻至室溫，經(jīng)過濾、干燥得到季銨化殼聚糖；

13、s2、將季銨化殼聚糖、β環(huán)糊精加入到去離子水中，攪拌混合均勻，然后將s-乙酰巰基丁二酸酐和對甲苯磺酸溶于dmf后加入到水溶液中，升溫至120-160℃，反應30-40min，反應結束后，經(jīng)洗滌、過濾、干燥，得到殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物；

14、s3、先將殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物和去離子水混合，然后加入乙基黃原酸鈉和氫氧化鈉，升溫至45-55℃，反應1-3h，反應結束后，經(jīng)醇沉、洗滌、干燥得到改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物；將所述改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物與去離子水混合，即得到整理液。

15、具體地，步驟s1中，季銨化過程在殼聚糖分子上引入大量正電荷，這些正電荷可以通過靜電相互作用吸附水中的陰離子污染物，如磷酸鹽、硫酸鹽等；同時季銨基團可能通過范德華力和疏水相互作用增加整理液與無紡布的附著力。步驟s2中，通過s-乙酰巰基丁二酸酐與季銨化殼聚糖、β環(huán)糊精上的羥基發(fā)生酯化反應，從而將季銨化殼聚糖、β環(huán)糊精交聯(lián)在一起，將β環(huán)糊精引入殼聚糖結構，復合材料獲得了對各種有機污染物的高效吸附能力，如可以吸附水中的芳香族化合物、藥物殘留、農藥等；同時，β-環(huán)糊精的外部是親水性的，可以通過氫鍵與無紡布表面的極性基團相互作用，進一步增加附著力。步驟s3中，引入的黃原酸基團具有強烈的金屬螯合能力，通過與多種重金屬離子形成穩(wěn)定的配位化合物，從而實現(xiàn)對重金屬的高效吸附。例如，它可以有效吸附cu2+、pb2+、cd2+等有害金屬離子。改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物具有多重吸附機制，將其附著在無紡布上可同時處理水中的多種污染物，包括無機離子、有機分子和重金屬離子。

16、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s1中，所述殼聚糖和2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的質量比為1:2-3。

17、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s2中，所述季銨化殼聚糖、β環(huán)糊精、s-乙酰巰基丁二酸酐和對甲苯磺酸的加入質量比為2:4-6:2:0.2-0.4。

18、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s3中，所述殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物、乙基黃原酸鈉和氫氧化鈉的質量體積比為1:0.3-0.4:0.02-0.05，所述氫氧化鈉配制成質量百分數(shù)為7.0％-8.0％的氫氧化鈉溶液加入。

19、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，步驟s3中，整理液中改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物的質量濃度為0.4-0.6g/l。

20、在以上技術方案的基礎上，優(yōu)選的，所述潤滑劑為聚乙烯蠟和/或石蠟，所述抗氧化劑為抗氧劑168和/或抗氧劑3125，所述熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鎂和甘油酯的一種或多種，所述相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯。

21、第二方面，本發(fā)明提供了一種高吸附性無紡布的制備方法，包括以下步驟：

22、(1)將聚丙烯、聚酯顆粒、改性活性炭加入混合機中混合均勻，然后加入潤滑劑、抗氧劑和相容劑混合均勻，通過雙螺桿擠出機進行造粒，真空干燥，得到共混物母料；

23、(2)將共混物母粒通過螺桿擠壓熔融，得到熔體，將熔體在1-3mpa壓力下壓入紡絲箱中，經(jīng)噴絲、冷卻、牽引得到纖維網(wǎng)，所得纖維網(wǎng)在熱軋機上125-160℃熱軋成布，得到基布；

24、(3)將整理液置于漿料桶中，使基布在壓輥和上漿輥中通過，將上過漿的無紡布置于壓輥機的兩個橡膠壓輥之間進行擠壓，壓輥壓力為4-8kg，輥壓線速度為160-180m/min，然后于100-120℃烘箱中干燥至恒重，得到所述高吸附性無紡布。

25、本發(fā)明中，通過將改性活性炭與基礎材料熔融共混可促使改性活性炭牢固的嵌入到無紡布的纖維結構中，減少脫落風險，同時增加改性活性炭的分布均勻性，進而提高吸附效率。改性活性炭嵌入纖維結構中，形成內層吸附層，主要吸附有機污染物、異味等；整理液中的改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物附著在表面，形成外層吸附層，主要吸附重金屬離子、陰離子污染物等，兩者協(xié)同作用一方面可提高廣譜吸附性能；另一方面，表層的改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物可以快速捕獲污染物，內層的活性炭則可以進一步吸附，提高了吸附效率，延長吸附效果，可在加快初始吸附速率，同時保持長期吸附效果。

26、第三方面，本發(fā)明提供了一種高吸附性無紡布的應用，所述無紡布用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。所述無紡布可制成過濾袋或過濾網(wǎng)，放置在養(yǎng)殖池中，用于養(yǎng)殖池中水體的過濾；或所述無紡布可鋪設在養(yǎng)殖池底部，吸附水中的污染物，改善養(yǎng)殖環(huán)境。

27、本發(fā)明的一種高吸附性無紡布及其制備方法和應用相對于現(xiàn)有技術具有以下有益效果：

28、(1)通過將改性活性炭嵌入無紡布纖維結構中形成內層吸附，并在表面附著改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物整理液形成外層吸附，形成了多層次、廣譜的吸附結構，這種結構實現(xiàn)了物理吸附和化學吸附的協(xié)同作用，能夠高效去除水中的有機污染物、重金屬離子和無機陰離子等多種污染物，顯著提高了無紡布的吸附容量和吸附效率，使得該材料在復雜水環(huán)境處理中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能；

29、(2)本發(fā)明采用的改性活性炭通過球磨處理和高溫活化工藝，大幅提高了比表面積和孔隙率，增強了活性炭對有機污染物的物理吸附能力，改性活性炭嵌入纖維結構中，為無紡布提供了穩(wěn)定的內層吸附基礎，顯著提升了材料的整體吸附性能和使用壽命；

30、(3)通過制備改性殼聚糖-β環(huán)糊精聚合物整理液，其中季銨化過程增強了對陰離子污染物的靜電吸附能力，β環(huán)糊精的引入提供了對有機分子的包結能力，而黃原酸基團的引入則賦予了材料對重金屬離子的強螯合能力，通過多重改性使得整理液能夠針對性地吸附各類污染物，極大地拓展了無紡布的應用范圍和處理能力。