海丝纤维的铜离子和锌离子吸附性能优化

海丝纤维中的海藻颗粒含有对金属离子有很强吸附性能的海藻酸，在用含有银离子的水溶液处理后，海藻颗粒吸收银离子后得到具有很强抗菌性能的海丝活性纤维。铜、锌等金属离子具有与银离子相似的抗菌性能和生物活性，用含有铜离子和锌离子的水溶液处理海丝纤维后可以制备含铜和含锌的海丝纤维。

表11-4显示用氯化铜水溶液处理海丝纤维的过程中，处理时间对海丝纤维吸附铜离子的影响。处理30min后纤维吸附铜离子的量为6.64mg/g，处理24h后的吸附量上升到6.86mg/g。30min时的吸附量是24h吸附量的96.8%，说明海丝纤维对铜离子的吸附是一个比较快的过程。表11-5显示处理时间对海丝纤维吸附锌离子的影响。可以看出，尽管海丝纤维对锌离子的吸附量低于铜离子，其吸附速度与铜离子相似，30min内基本达到平衡。

表11-4　时间对海丝纤维吸附铜离子的影响

表11-5　时间对海丝纤维吸附锌离子的影响

从表11-4和表11-5的结果可以看出，由于海丝纤维含有对金属离子有很强吸附性能的海藻酸，并且由于海藻细胞结构中的羧基、磷酸根、硫酸根、羟基、醛基等极性基团大多数带负电荷，与带正电的铜和锌离子接触后通过正负电相吸引把铜和锌离子吸附至纤维结构中。海丝纤维对铜离子的吸附量高于锌离子，主要原因是海藻酸对铜离子的结合力高于锌离子。文献资料显示，海藻酸对金属离子的结合力Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Co2+=Ni2+=Zn2+＞Mn2+。

图11-5显示处理温度对海丝纤维吸附铜和锌离子的影响。对于铜离子，40℃时的吸附量为6.70mg/g，温度上升到80℃时的吸附量为7.58mg/g。温度的上升有利于纤维的膨胀及铜离子在纤维内部的扩散，因此海丝纤维对铜离子的吸附量随着温度的上升有所上升。与此相似，40℃时海丝纤维对锌离子的吸附量为2.12mg/g，温度上升到80℃时的吸附量为2.24mg/g，处理温度的上升有利于海丝纤维对锌离子的吸附，但效果不明显。(www.xing528.com)

图11-5　处理温度对海丝纤维吸附铜和锌离子的影响

图11-6显示处理溶液中铜离子的浓度对海丝纤维吸附铜离子的影响。当溶液中铜离子的浓度分别为20mg/L、40mg/L、100mg/L、200mg/L、400mg/L时，处理后得到的纤维中的铜离子含量分别为1.16mg/g、1.23mg/g、6.53mg/g、8.03mg/g、9.22mg/g，海丝纤维吸附的铜离子量分别为溶液中铜离子总量的58.0%、30.8%、65.3%、40.2%和23.0%。从这些结果可以看出，通过控制溶液中铜离子的浓度可以制备铜离子含量不同的海丝纤维。

图11-7显示海丝纤维在用CuCl2水溶液处理前后的表面结构。从未处理的纤维表面可以看出细小的海藻颗粒被包埋在海丝纤维结构中。在用CuCl2水溶液处理纤维的过程中，铜离子被吸收进海藻颗粒中。随着吸附过程的进行，海藻颗粒的质量增加，引起体积膨胀。从图11-7（b）可以看出，用CuCl2水溶液处理后的海丝纤维表面有局部破裂现象。

图11-6　处理溶液中铜离子的浓度对海丝纤维吸附铜离子的影响

图11-7　处理前后海丝纤维的表面结构