改性木质素基吸附材料制备及其吸附行为研究

发布时间：2020-06-02 05:44

【摘要】：造纸副产物木质素磺酸盐(LS)分子中存在大量疏水性苯环和多种极性官能团,已在表面活性剂、吸水剂、阳离子络合剂、吸附剂等方面得到应用。鉴于LS易溶于水,难于直接用作处理工业废水的吸附材料,本论文在前期工作基础上,设计用两种改性方法制备改性木质素磺酸盐基(本文简称改性木质素基)吸附材料,研究制备方法及吸附材料对阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附行为。主要工作如下:1.探索羧甲基木质素磺酸盐聚合物(CLP)的制备条件。以氯乙酸为改性剂对LS进行羧甲基化,而后将其用环氧氯丙烷(EPI)交联,研究影响LS羧甲基化及交联聚合的主要条件。用固体核磁~(13)C NMR、FTIR、SEM(EDS)、TGA、BET等手段表征CLP。结果表明,CLP结构含有LS的苯环基本单元。2.将羧甲基纤维素钠(CMC)作为第二组分,探索LS与CMC交联共聚物(CLC)制备方法。研究了LS与CMC投料比、反应溶剂及EPI用量(V_(EPI)/m_((LS+CMC)))等因素对CLC吸附MB吸附量(Q_e)的影响。结果表明,在投料比2:1、EPI用量2 ml·g~(-1)下于50%的乙醇水溶液中反应,可获得Q_e稳定的LS和CMC交联共聚物CLC。固体核磁~(13)C NMR和FTIR图谱显示:CLC含有苯环和CMC结构单元。3.系统研究了CLP和CLC对MB的吸附性能。考察了固液比(g·L~(-1))、MB初始质量浓度(C_0)、pH和吸附温度等对吸附性能的影响。结果表明,在pH 1~6,CLP和CLC对MB的Q_e随pH增加而增加,pH 6以上,Q_e基本不变;在10~55℃范围内,CLP和CLC对MB的Q_e随温度升高先增加,后下降,25℃时达到最大值。吸附过程是范德华力、静电、氢键、电子对共享/转移、π-π堆积等共同作用的结果。在固液比0.25 g·L~(-1)、pH 6.5、25℃及C_0为100 mg·L~(-1)下,CLP对MB的Q_e和吸附率E%分别为384.6 mg·g~(-1)、96.1,CLC对MB的Q_e和E%分别为392.7 mg·g~(-1)、98.2;C_0为200 mg·L~(-1)时,CLP和CLC对MB的E%分别为89.3、94.1。因此,CLP和CLC可作为吸附MB的高性能吸附材料,且CLC对MB的吸附性能优于CLP。此外,MB溶液中共存的Pb~(2+)妨碍CLP和CLC对MB的吸附。4.系统研究了CLP和CLC对MB的吸附行为。CLP和CLC对MB的吸附符合Langmuir模型,由Langmiurm模型得到的饱和Q_e分别为813.0 mg·g~(-1)、1186.6mg·g~(-1);吸附动力学服从准二阶(PSO)模型,粒子内扩散不是吸附速率控制步骤。在所研究的温度范围内(10~55℃),△G~?0,CLC对MB吸附为自发过程。在10~25℃,△H~?、△S~?均大于0,CLC对MB的吸附为吸热,熵增过程;在25~55℃,△H~?、△S~?均小于0,吸附为放热,熵减过程。吸附初期,CLC对MB的吸附行为可用液膜扩散模型来描述。5.研究CLP和CLC的循环使用方法。用醋酸-乙醇为洗脱剂,经6次循环,CLP的E%在80左右。用乙醇-水洗为洗脱剂,经6次循环,CLC的E%在60左右。图54表14参61
【图文】：

木质素磺酸,芳香聚合物,硫酸盐法制浆,木质素磺酸镁

无定形天然芳香聚合物，结构中含紫丁香基、单元及 CH3O-、-OH 等极性基团（如图 1 所来源于造纸工业中亚硫酸盐法制浆废液中，用的亚硫酸氢盐种类，LS 分为木质素磺酸）、木质素磺酸镁（LS-Mg）、木质素磺酸物，结构中含大量的芳环及-OCH3、-OH，面活性剂的特征结构。LS 在水溶液中呈以状结构。由于 LS 外壳上的阴离子基团能吸负电荷，，而静电排斥作用和 LS 分子的空间分散状态，因此 LS 具有一定的吸附和分散

谱图,固体核磁

图 17 CLP 的固体核磁（13C CP-MAS NMR）谱Fig.1713C CP-MAS NMR spectroscopy of CLP，化学位移 δ 为 30.4 ppm、44.47 ppm 处的峰归属于亚甲基碳pm 处的峰归属于酯基 sp3杂化碳；δ 为 70.8 ppm 处的峰归属于eng Xiaoxu 等[39]报道的氨化木质素磺酸盐的基本结构单元愈创苯环骨架碳的化学位移 δ 在 140～165 ppm，苯环侧链碳的化学46.8 ppm，可推测出图 17 中 δ 为 111.1 ppm、121.5 ppm、134的峰归属于苯环骨架上的碳；δ 为 177.3 ppm 处的吸收峰归属-C=O。固体核磁13C NMR 谱图结果表明 CLP 结构中含有苯环红外表征 FTIR 图谱见图 18。1.0
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O647.3;X703

【参考文献】