CN108311112B - 基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 - Google Patents
基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108311112B CN108311112B CN201810218112.2A CN201810218112A CN108311112B CN 108311112 B CN108311112 B CN 108311112B CN 201810218112 A CN201810218112 A CN 201810218112A CN 108311112 B CN108311112 B CN 108311112B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- processing chamber
- treatment
- ammonia gas
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 124
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 124
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 111
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 17
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 21
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 238000006177 thiolation reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 23
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 abstract description 11
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 9
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 abstract 1
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Substances CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 13
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 3
- 238000005576 amination reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 238000007112 amidation reaction Methods 0.000 description 2
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000151 cysteine group Chemical group N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28023—Fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，涉及环保材料技术领域。本发明提供的制备方法，通过碳纤维为基材，将碳纤维在氨气介质下低温等离子处理得到富集氨基的碳纤维表面，再以EDC/NHS为催化剂，在柠檬酸缓冲溶液中与半胱胺酸等巯基化试剂反应得到具有强吸附性的表面巯基化碳纤维，从而解决了碳纤维对污染物的吸附能力不足的技术问题，达到了增强碳纤维对污染物的吸附能力的技术效果，且表面巯基化改性碳纤维的制备过程简单，成本较低，便于产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，特别涉及一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法。
背景技术
环境污染问题已成为人们关注的焦点问题，而水中重金属污染是一个极为重要的环境保护问题。重金属是环境中的一类重要污染物，由于其具有毒性大，不能被生物降解，易累积等特征，因此一旦进入水体及土壤环境，就很难从环境中去除。其既可造成生态环境的恶化，还可进入食物链，对人体造成巨大危害。但常常由于某些主观原因或客观原因使其未经处理达标就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，导致水环境和土壤环境受到污染。水中重金属元素的来源包括矿山开采过程产生的废水、选冶生产过程产生的废水、金属加工过程产生的废水以及电镀过程产生的废水。通常去除水中重金属的方法很多，吸附法是常用的有效方法之一。因此，近些年来，开发新型、高效的重金属吸附材料一直是环保领域研究的热点之一。
碳纤维是有机纤维在1000℃以上的高温下炭化，且含碳量在90%以上的高性能纤维，碳纤维材料具有发达的表面微孔结构和较大的比表面积，碳纤维孔径分布狭窄且均匀，可以通过吸附作用去除对水溶液的污染物，对水溶液中的有机物和重金属离子等有较大的吸附容量和较快的吸附速率，对低浓度吸附质仍保持有较高的吸附量。因此，碳纤维在水处理中的应用具有较为广泛的前景。
然而，现有使用碳纤维进行水溶液去污染的过程中，由于碳纤维对有机物和重金属离子等污染物质的吸附能力有限，碳纤维的使用量往往较大，使用碳纤维对水污染进行处理的成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，对碳纤维进行了巯基化表面改性，将巯基基团接枝到碳纤维表面，利用巯基基团的配合能力来提高其对重金属的吸附性能。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，所述方法包括：
将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干；
将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至2~3Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为20~40Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为3~20min，放电功率为90~130W；
将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有巯基化试剂和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在25~30℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至PH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为3~8mg/ml，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.0~7.5。
在一个优选的实施例中，所述经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于真空装置进行密封保存。
在一个优选的实施例中，所述巯基化试剂为含有巯基基团的氨基酸中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理的处理时间为15min，所述射频电源的放电功率为100W。
在一个优选的实施例中，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为5mg/ml。
与现有技术相比，本发明提供的一种表面巯基化碳纤维及其制备方法具有以下优点：
本发明提供的基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，通过选用氨气作为低温等离子体的反应介质，使碳纤维的表面等离子体刻蚀处理和氨基化反应过程同时发生，节省了改性时间；利用半胱氨酸等巯基化试剂含有的羧基与碳纤维表面的氨基发生酰胺化反应，引入巯基成功制备出相较碳纤维吸附能力更强的巯基化改性碳纤维，从而解决了碳纤维对污染物的吸附能力不足的技术问题，达到了增强碳纤维对污染物的吸附能力的技术效果，且表面巯基化改性碳纤维的制备过程简单，成本较低，便于产业化生产。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法的方法流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例（但不限于所举实施例)详细描述本发明，本实施例的具体方法仅供说明本发明，本发明的范围不受实施例的限制，本发明在应用中可以作各种形态与结构的修改与变动，这些基于本发明基础上的等价形式同样处于本发明申请权利要求保护范围。
实施例1
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101，将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干。
步骤102，将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至2~3Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为20~40Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为3~20min，放电功率为90~130W。
步骤103，将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有巯基化试剂和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在25~30℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至PH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为3~8mg/ml，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.0~7.5。
其中，EDC/NHS作为催化剂，全称为1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC）/Ｎ-羟基琥珀酰亚胺（NHS）。
需要说明的是，低温气体放电等离子体，也称为等离子体增强的化学气相沉积，即在电流放电的高能量状态下，将挥发的气态的单体的化学键打断，在材料表面以共价键结合、重组，从而在表面形成结构和化学成分不同的活性功能层。
本发明采用氨气作为低温等离子体的反应介质，使得制备过程对碳纤维的作用深度仅数百埃，不影响碳纤维材料的基本性质，对碳纤维表面改性的同时有较强的杀菌作用。
在一个优选的实施例中，所述经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于真空装置进行密封保存。
需要说明的是，密封保存是为了防止空气中的其他气体对碳纤维的表面产生污染腐蚀。
在一个优选的实施例中，所述巯基化试剂为含有巯基基团的氨基酸中的至少一种。
比如，所述巯基化试剂为半胱胺酸。
在一个优选的实施例中，所述对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理的处理时间为15min，所述射频电源的放电功率为100W。
在一个优选的实施例中，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为5mg/ml。
本发明提供的基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，通过选用氨气作为低温等离子体的反应介质，使碳纤维的表面等离子体刻蚀处理和氨基化反应过程同时发生，节省了改性时间；利用半胱氨酸等巯基化试剂含有的羧基与碳纤维表面的氨基发生酰胺化反应，引入巯基成功制备出相较碳纤维吸附能力更强的巯基化改性碳纤维，从而解决了碳纤维对污染物的吸附能力不足的技术问题，达到了增强碳纤维对污染物的吸附能力的技术效果，且表面巯基化改性碳纤维的制备过程简单，成本较低，便于产业化生产。
实施例2
（1）将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干。
（2）将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至2Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为20Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为15min，放电功率为120W。
（3）将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有半胱氨酸和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在25℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至PH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中半胱氨酸和EDC的浓度为3mg/ml，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.0。
实施例3
（1）将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干。
（2）将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至3Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为30Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为15min，放电功率为100W。
（3）将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有半胱氨酸和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在28℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至PH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中半胱氨酸和EDC的浓度为5mg/ml，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.3。
实施例4
（1）将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干。
（2）将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至3Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为40Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为20min，放电功率为130W。
（3）将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有半胱氨酸和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在30℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至PH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中半胱氨酸和EDC的浓度为8mg/ml，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.5。
效果测试
1. 测试标准
1）对上述实施例2-4进行性能测试，测试项目为对Pb、Cd、Cr、Cu这些重金属离子的吸附效果，具体测试方法如下：
将各个实施例制备得到的表面巯基化碳纤维与现有碳纤维分别置于相同水体环境中12小时后取出，测试计算各实施例对Pb、Cd、Cr、Cu这些重金属离子的吸附效果。
测试结果分析
表1为上述实施例2-4制备的表面巯基化碳纤维以及对比例对Pb、Cd、Cr、Cu的重金属离子吸附效果的测试结果。
表1 表面巯基化碳纤维的性能测试结果
从表1可以看出，实施例2-4所制备的表面巯基化碳纤维在对Pb、Cd、Cr、Cu这些重金属离子的吸附效果均优于对比例，其中，实施例2所制备得到的表面巯基化碳纤维对Pb、Cd、Cr、Cu等重金属离子的吸附效果相较其他实施例更佳。从实验结果可见，本发明实施例提供的基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维的制备方法通过对碳纤维进行巯基化表面改性，将巯基基团接枝到碳纤维表面，利用巯基基团的配合能力，可极大提高其对重金属的吸附性能。
本发明提供的一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，先先采用等离子体技术对碳纤维表面进行氨基化改性，产物再与巯基化试剂进一步反应得到表面巯基化碳纤维，通过上述两步即可制备得到吸附能力极强的表面巯基化碳纤维制备流程简单，生产成本较低。
虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (5)
1.一种基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将碳纤维放入索氏萃取器中，在75℃的温度下经丙酮萃取清洗24h，然后再经75℃的超纯水清洗后，置于50℃的烘箱内进行烘干；
将烘干后的所述碳纤维放置于低温等离子体处理仪的处理腔中，将所述处理腔内的气压抽至2~3Pa后通入氨气进行冲洗，所述氨气在所述处理腔内的流量为30L/min，然后再将所述处理腔内的气体抽除，使得所述处理腔腔体内处于真空状态，连续使用氨气对所述处理腔冲洗3次后，再次向所述处理腔通入氨气，并保持所述处理腔腔体内压力恒定为20~40Pa，打开所述低温等离子体处理仪的射频电源，并调节所述射频电源的放电功率，对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理，处理时间为3~20min，放电功率为90~130W；
将经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于含有巯基化试剂和EDC/NHS的柠檬酸缓冲溶液中，在25~30℃的反应温度下震荡24h后进行过滤得到滤渣，用PBS溶液对所述滤渣清洗3次，再用去离子水对所述滤渣进行洗涤后，将所述滤渣置于60℃的真空干燥箱进行烘干，制备得到表面巯基化碳纤维，所述柠檬酸缓冲溶液用氢氧化钠调节至pH=4.7，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为3~8mg/mL，EDC与NHS的摩尔比为1:1，所述PBS溶液的PH值为7.0~7.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经过氨气等离子体处理后的所述碳纤维从所述处理腔取出后，置于真空装置进行密封保存。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巯基化试剂为含有巯基基团的氨基酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述处理腔中的所述碳纤维表面进行氨气等离子体处理的处理时间为15min，所述射频电源的放电功率为100W。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柠檬酸缓冲溶液中巯基化试剂和EDC的浓度为5mg/mL。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810218112.2A CN108311112B (zh) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | 基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810218112.2A CN108311112B (zh) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | 基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108311112A CN108311112A (zh) | 2018-07-24 |
| CN108311112B true CN108311112B (zh) | 2021-01-01 |
Family
ID=62898799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810218112.2A Active CN108311112B (zh) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | 基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108311112B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117586040B (zh) * | 2023-11-21 | 2025-02-07 | 烟台美丰机械集团有限公司 | 短纤维模压碳/碳刹车盘用预浸料的制备工艺 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0195541A1 (en) * | 1985-03-18 | 1986-09-24 | Mobil Oil Corporation | Process for conversion of alicyclic compounds into aromatic compounds |
| CN102598291A (zh) * | 2009-10-28 | 2012-07-18 | 日立化成工业株式会社 | 太阳能电池单元的制造方法 |
| CN104607247A (zh) * | 2015-01-03 | 2015-05-13 | 浙江理工大学 | 一种高活性催化碳纤维材料及制备方法 |
| CN105220448A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-01-06 | 哈尔滨工业大学 | 等离子体及化学法联用的材料表面改性的方法 |
| CN105771902A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-07-20 | 北京三聚环保新材料股份有限公司 | 一种巯基活性炭脱汞剂的制备方法与应用 |
| CN106902655A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-30 | 浙江工业大学 | 一种巯基功能化聚合物分离膜的制备方法及应用 |
| CN106968105A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-21 | 广州京诚检测技术有限公司 | 一种巯基棉及其应用 |
-
2018
- 2018-03-16 CN CN201810218112.2A patent/CN108311112B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0195541A1 (en) * | 1985-03-18 | 1986-09-24 | Mobil Oil Corporation | Process for conversion of alicyclic compounds into aromatic compounds |
| CN102598291A (zh) * | 2009-10-28 | 2012-07-18 | 日立化成工业株式会社 | 太阳能电池单元的制造方法 |
| CN104607247A (zh) * | 2015-01-03 | 2015-05-13 | 浙江理工大学 | 一种高活性催化碳纤维材料及制备方法 |
| CN105220448A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-01-06 | 哈尔滨工业大学 | 等离子体及化学法联用的材料表面改性的方法 |
| CN105771902A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-07-20 | 北京三聚环保新材料股份有限公司 | 一种巯基活性炭脱汞剂的制备方法与应用 |
| CN106902655A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-30 | 浙江工业大学 | 一种巯基功能化聚合物分离膜的制备方法及应用 |
| CN106968105A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-21 | 广州京诚检测技术有限公司 | 一种巯基棉及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108311112A (zh) | 2018-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Deng et al. | Rapid and effective preparation of a HPEI modified biosorbent based on cellulose fiber with a microwave irradiation method for enhanced arsenic removal in water | |
| Yu et al. | Cystine-modified biomass for Cd (II) and Pb (II) biosorption | |
| CN106902655B (zh) | 一种巯基功能化聚合物分离膜的制备方法及应用 | |
| CN102179228A (zh) | 一种高效去除废水中有害离子的炭质吸附材料的制备方法 | |
| CN108311112B (zh) | 基于低温等离子体技术的表面巯基化碳纤维制备方法 | |
| Li et al. | Metal-ion-imprinted thermo-responsive materials obtained from bacterial cellulose: Synthesis, characterization, and adsorption evaluation | |
| CN101269858B (zh) | 桂圆壳在吸附重金属离子中的应用及使用桂圆壳吸附重金属离子的方法 | |
| CN113559827A (zh) | 一种高效吸附亚甲基蓝的细菌纤维素复合气凝胶及其制备方法 | |
| CN108277635B (zh) | 基于低温等离子体技术的表面巯基化蚕丝纤维制备方法 | |
| Isa et al. | Different carbonization process of bamboo charcoal using Gigantochloa Albociliata | |
| Guo et al. | Removal of Pb (II) from aqueous solution by cross-linked starch phosphate carbamate | |
| CN108160056B (zh) | 一种吸附重金属的尼龙膜制备方法 | |
| Boudouaia et al. | Swelling and adsorption properties of crosslinked chitosan-based films: kinetic, thermodynamic and optimization studies | |
| CN110975823A (zh) | 一种大豆壳重金属离子吸附剂的解吸方法 | |
| CN112973639A (zh) | 共价有机框架材料及制备 | |
| CN108295817A (zh) | 一种表面巯基化碳纤维及其制备方法 | |
| CN113087038A (zh) | 一种污水处理氨氮去除剂 | |
| CN116139828B (zh) | 一种生物吸附剂及其制备方法与应用 | |
| CN110975824A (zh) | 一种水体重金属离子吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN105562428A (zh) | 一种菲污染土壤的治理方法 | |
| CN107433186A (zh) | 一种羧基化超快型螯合秸秆纤维吸附材料及其制备方法和用途 | |
| CN111848972B (zh) | 一种基于mof-808的双金属mof的制备方法及其应用 | |
| CN108380183A (zh) | 一种基于羧基化改性的表面巯基化碳纤维制备方法 | |
| KR20150114121A (ko) | 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제 | |
| CN104368309B (zh) | 负载表面活性剂茶籽壳活性炭及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 314000 No. 899, guangqiong Road, Nanhu District, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Jiaxing University Country or region after: China Address before: No. 899 Guangqiong Road, Nanhu District, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee before: JIAXING University Country or region before: China |