第３ｌ卷第２期 ２０１５年３月 齐齐哈尔大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｑｉｈａｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ＿３１．Ｎｏ．２ Ｍａｒｃｈ，２０１５ 水热法碳化废旧棉织物制备碳微球的研究 杨秀英，方志，张德庆 （齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔１６１００６） 摘要：利用废旧棉织物为原料，采用水热法在２４０—２８０￣Ｃ温度范围下成功制备了碳微球。利用ＸＲＤ、ＳＥＭ和Ｆｒ—ＩＲ 对产物进行表征，通过ＩＣＰ—Ｍａｓ研究了产物对水中铝、铅等离子的吸附性能。从研究结果可知，水热反应温度为 ２４０～２８０￣（２，制备的碳微球粒径约为０．２～５．０１．ｔｍ，对铝、砷、镉、铅离子有较好的吸附性能。废旧棉织物在水热条 件下发生水解、脱水，脱除有机基团过程中碳骨架发生球化趋势而逐渐成球。 关键词：水热法；碳化；废旧棉织物；机理 中图分类号：Ｘ７９１；０６１３．７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—９８４Ｘ（２０１５）０２—０００５—０３ 随着纺织行业的发展速度飞速提升，纺织品的消费量和废弃量大幅上升 。根据相关报告表明，５５％ 的人则直接视废旧的服装为无价值的生活垃圾从而丢弃，很多人都曾经因为家中积攒了太多的废旧纺织品 而没有好的办法处理而感到困扰 。针对这一现状，很有必要大力发展废旧纺织物的回收利用技术。胡学 敏等口 通过降解涤／棉混纺织物中的聚酯，再滤除其中的棉纤维，最终将棉纤维与聚酯分离。另一方面，也 是利用同样的方法，谢飞等人 利用铜氨法和粘胶法，实现涤／卡帛混纺织物中纤维的降解，最后再滤除其中 的聚酯纤维，也可达到同样的目的。东华大学的研究人员 研究发现可以利用棉纤维的密度不同这一特点 对其先进行大致的分离，然后利用离心分离机系统可将粉碎后的纺织物进行进一步的分离。碳微球主要是 由于石墨片层有玻璃相，而其中的石墨结构间断分布会构成碳微球。Ｍ．Ｓｅｖｉｌｌａ等嘲以微晶纤维素为原料，采 用水热法在２２０～２５０￣（２的温度范围内，将其碳化成了碳微球。Ｒｅｚａｎ等人 以葡萄糖为前驱体，乙烯基咪唑 为有机单体，利用水热法制得了碳微球。本文利用废旧棉织物为原料，采用水热法来制备碳微球，对水热 产物的结构和性能进行表征，并讨论碳微球形成机制。 １实验部分 １．１原料及试剂 废旧棉织物，乙醇（分析纯，天津市富宇精细化工有限公司），去离子水（齐齐哈尔天缘饮品公司）。 １．２实验与测试仪器 磁力加热搅拌电热套（ＤＨ—Ｔ，山东新华仪器厂），电热鼓风干燥箱（１０１一ＯＡ，天津市泰斯特仪器有限 公司），离心机（Ｔｄｚ５一ＷＳ，湖南湘仪实验仪器开发有限公司），ＰＰＬ水热反应釜（ＹＺ—ＨＲＬ一１００ｍｌ，上海岩 征仪器），马弗炉（Ｓｒｇｘ一４—９箱型电阻炉，上海实验电炉厂），ｘ一射线衍射仪（Ｄ８型Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，德 国Ｂｒｕｋｅｒ公司），扫描电子显微镜（Ｓ－４３０，日本ＨＴＴＡＣＨＩ公司），傅里叶红外光谱仪（Ｓｒｅｃｔｒｕｍ Ｏｎｅ，美 国ＰＥ公司），电感耦合等离子体质谱仪（７５００ＩＣＰ—ＭＳ，美捷司）。 １．３碳微球制备工艺 将废旧纺织物剪成细小碎块（约２×２ｍｍ），称取一定量于烧杯中，分别加入５０ｍＬ的去离子水，分别 加入磁转子，使废旧棉织物均匀分散成棉纤维，然后将其置于１００ｍＬ的水热反应釜内。将水热反应釜密封 好后，放人马弗炉中在一定温度下恒定保温数小时，之后在马弗炉内自然冷却至室温。将水热反应釜中下 层的物质分离至离心管中，离心管中放人适量无水乙醇，然后将离心管放人离心机中处理５ ｍｉｎ取出，烘 干后备用。 收稿日期：２０１４—０９—２４ 作者简介：杨秀英（１９６２－），女，山东聊城人，教授，主要从事高分材料性能测试与加工方面的研究，ｙａｎｇｘｙ０３２１＠１６３．ｃｏｍ。 第２期 水热法碳化废旧棉织物制备碳微球的研究 在羟基或羧基的氢氧伸缩振动所致３ ４００ ＣＩＴＩ 和羰 基、羧基或者醌类的碳氧振动所致１ ７１０ｅｒａ 以及羟 基、醚或者酯的碳氧伸缩振动以及氢氧键的弯曲振 动所致１ ０００～１ ４６０ｃｍ 的振动带，证明有氧类物质 存在。根据（ｂ），（ｃ）和（ｄ）三条图谱中１ ０００～１ ４６０ ｅｍ 和３０００ ３７００ｅｍ 振动带强度的减少，证明了 水热碳化棉纤维过程中确实发生了脱水反应。 依据对棉纤维水热处理所得产物的ＸＲＤ、 ＦＴ—ＩＲ分析及ＳＥＭ观察，对棉纤维水热碳化制备碳 微球的形成机理可以推断为：在水热反应条件下， 棉纤维素在去离子水中发生水解生成低聚糖和葡萄 糖嘲。低聚糖在发生脱水、脱有机基团过程中发生 碳骨架球化趋势而逐渐成球。脱出的醛、糖、酸、 酚等被洗涤去除。碳微球表面会有羟基、羰基和羧 基等官能团。 ２．４碳微球的吸附性能 采用一定浓度的金属离子水溶液， Ｔ％ Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ＂ 图４不同反应温度下的水热产物红外光谱图 （ａ）２２０￣Ｃ（ｂ）２４０￣Ｃ（Ｃ）２６０￣Ｃ（ｄ）２８０ｏＣ 表１碳微球对金属离子吸附率 添加一定量的碳微球，使用ＩＣＰ—Ｍａｓ测 定水溶液中金属离子浓度变化，研究水 热产物对Ａｓ“、Ｐｂ“、ｃｄ 等金属离子具 有一定的吸附作用。从表１中数据看出 水热产物的吸附效果除了Ｍｇ 之外，其 它的吸附效果都达到了１５％以上，尤其 是对Ｐｈ 和Ｃｄ２ 的吸附率更高，达到了 ５３％和６５％ ３结束语 以废旧棉织物为原料，水热反应温度为２４０￣２８０％，随温度升高，碳微球数量增多。所制备的碳微球 粒径约为０．２－５．０ ｇｍ，对铝、砷、镉、铅等离子有较好的吸附性能。废旧棉织物在水热条件下可能发生水 解、脱水反应，脱除有机基团过程中碳骨架发生球化趋势而逐渐成球。 参考文献： 【１】陈旭红，张永芳，戴晋明，等．水热法回收利用废旧聚酯／棉混纺织物的研究【Ｃ］，／全国高分子废旧材料资源利用与技术创新学 术会议会刊．北京，２０１３：１０１—１０５ ［２】杨小娟，王小雷．初探国内外废旧服装回收再利用发展现状［Ｊ］．山东纺织经济，２０１３（７）：１３—１５ 【３］胡学敏，张海燕．废旧纺织物的回收和再利用现状Ⅱ］．纺织导报，２００６，２４（７）：５２—５３ 【４】谢飞，齐美洲，代深，等珂维素溶剂的研究进展［Ｊ】．合成纤维，２０１０，３９（１０）：１１—１５ ［５】马会英．纺织品循环加工及其再利用【Ｍ］．北京：中国纺织出版社，２００８，１２８ ［６ Ｍ．６］Ｓｅｖｉｌｌａ．Ａ．Ｂ．Ｆｕｅ￣ｅｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｃａｒｏｎｉｚａｔ—ｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ［Ｊ］．Ｃａｒｂ０ｎ． ２００９，（４７）：２２８ １－２２８９ 【７】Ｄ．Ｃ．Ｒｅｚａｎ．Ｐ．Ｍａｋｏｗｓｋｉ，Ｍ，Ａｎｔｏｎｉｅｔｔｉ，ｅｔｅ．．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｉｍｉｄａｚｏｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ—ａｌｉｚｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｓｐｈｅｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃａｔａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｃａｔｌａｙｓｉｓ Ｔｏｄａｙ，２０１０，１５０（１－２）：１１５—１１８ （下转第１１页） 第２期 香豆素修饰ＳＢＡ一１５材料及其对Ｆｅ 的识别和吸附陛能 ［１５】高放，杨永源．香豆素酮染料光谱性质的研究［Ｊ］＿物理化学学报，１９９９，１５（６）：５５０—５５３ ［１６１田博士，刘少华，刘艳艳，等：氨基功能化ＳＢＡ一１５介孔分子筛的制备与表征【Ｊ】．合成化学，２０１ １，１９（４）：４６０－４６４ Ｃｏｕｍａｒｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＳＢＡ一１ ５ ｍａｔｅｒｉａｌ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｅ。 ＳＨＡＮ Ｓｈａｏ—ｂｉｎ，ＭＡ Ｗｅｎ—ｈｕｉ，ＬＶ Ｌｅｉ，ＺＨＯＵ Ｘｕｅ－ｒａｎ，ＸＵ Ｑｕｎ （ＫｅｙＬａｂ０ｒａｔｏｒｙ ｏｆＦｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ｏｆＣｏｌｌｅｇｅ ０ｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＱｉｑｉｈａｒ１６１００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ —。ｏｒｇａｎｉｃ ｈｙｂｒｉｄ ｌｆｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ＳＢＡ——Ｋ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｕｍａｒｉｎ ｄｅｒｉｖｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｆ ＳＢＡ一１５．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＦＩ＂一ＩＲ，ＴＥＭ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｃｏｕｍａｒｉｎ ｉｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｇｒａｆｔｅｄ ｏｎｔｏ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ＳＢＡ—－１ ５ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｒｄｅｒｅｄ ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｂｒｏｋｅｎ． ＳＢＡ—Ｋ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ Ｆｅ３＊－ｏｎｌｙ ｔｕｒｎ一０ｆｆ ｌｆｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉ０ｎ ａｍｏｎｇ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ（ ，Ｎａ ，Ｃａ２ ，Ｍｇ２ ，Ｃｄ ，Ａｇ￣，Ｃｕ“， Ｐｂ ，Ｈｇ ，Ｃｒ３ Ｃｏ ，Ｎｉ ，Ｆｅ。 ，，Ｚｎ ）ｉｎ ＨＥＰＥＳ（０．０２ Ｍ，ＣＨ３ＯＨ／ｗａｔｅｒ＝９９．５／０．５，ｖ／ｖ，ｐＨ ７．２）Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｅ ｌｅｄ ｔｏ ａ ｌｆｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｏｆ ９８％ａｎｄ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ａｌｍｏｓｔ ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ｔｏ Ｐａｌｅ ｂｍｗｎ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ。ＳＢＡ—Ｋ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｈｉｇｈ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ９２．７％ｆｏｒ Ｆｅ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｕｍａｒｉｎ；ｈｙｂｒｉｄ ｌｆｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ；Ｆｅ ；ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ （上接第７页） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｃｏｔｔｏｎ ｆａｂｒｉｃ ＹＡＮＧ Ｘｉｕ—ｙｉｎｇ，ＦＡＮＧ Ｚｈｉ，ＺＨＡＮＧ Ｄｅ－ｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，Ｑｉｑｉｈａｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｑｉｑｉｈａｒ １６１００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｗａｓｔｅ ｃｏｔｔｏｎ ｆａｂｒｉｃｓ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉｌａ，ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｈｖｄｒｏｔｈｅＦＩＴｌａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｔ ２４０～２８０℃．Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ＸＲＤ，ＳＥＭ ａｎｄ ＦＴ—ＩＲ，ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ。ｌｃａｄ ｅｔｃ．ｉｏｎｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ＩＣＰ—Ｍａｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ２４０－２８０℃，ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．３—５．Ｏｔｕｎ， ｈａｄ ｂｅｔｔｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｎ ｉｏｎｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ，ａｒｓｅｎｉｃ，ｃａｄｍｉｕｍ，ｌｅａｄ ｉｎ ｗａｔｅｒ．Ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｗａｓｔｅ ｃｏｔｔｏｎ ｆａｂｒｉｃｓ ｕｎｄｅｒｗｅｎｔ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐｓ，ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ａｎｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｂａｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｗａｓｔｅ ｃｏｔｔｏｎ ｆａｂｒｉｃｓ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
