蔗渣半纖維素化學(xué)改性及其吸附重金屬的研究.pdf

1、結(jié)合廣西實際，利用廣西優(yōu)勢農(nóng)業(yè)資源，研發(fā)出一些成本低、效果好、無二次污染的重金屬治理方法具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。制糖工業(yè)是廣西的特色產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，其主要副產(chǎn)品蔗渣中半纖維素含量約占28％～35％，通過化學(xué)改性可使半纖維素側(cè)鏈衍生出高密度的羧基，使其具備優(yōu)良的金屬螯合作用。本論文研究了微波-堿法提取半纖維素的工藝，對蔗渣半纖維素進(jìn)行了成分分析;采用羧基化改性和兩性改性兩種方法對蔗渣半纖維素進(jìn)行化學(xué)改性，并對其改性前后的結(jié)構(gòu)與熱

2、穩(wěn)定性進(jìn)行表征;分別以兩種方法改性后的蔗渣半纖維素作為吸附劑，通過吸附試驗考察了其對Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附效果，并對吸附動力學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行了研究。
　　 1.采用微波-堿法提取蔗渣半纖維素，考察了液固比（每克蔗渣對應(yīng)加水的毫升數(shù)）、NaOH用量（每克蔗渣對應(yīng)加入NaOH的克數(shù)）、處理時間和微波功率等因素對對蔗渣半纖維素提取率的影響，得到最佳提取工藝條件為:液固比25 ml/g、NaOH用量2.0 g/g、處理時間20

3、min、微波功率1200W。采用氣相色譜法對蔗渣半纖維素進(jìn)行了成分分析，結(jié)果表明，蔗渣半纖維素屬于聚木糖類半纖維素，主要單糖組成為D-木糖、D-阿拉伯糖、L-樹膠醛糖、D-半乳糖醛酸、D-半乳糖和D-甘露糖。
　　 2.采用將羧基引入蔗渣半纖維素的方法將其進(jìn)行改性，考察了丁二酸酐用量、N-溴代丁二酰亞胺用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等因素對羧基化改性的影響，結(jié)果表明，對1g干燥后的蔗渣半纖維素進(jìn)行羧基化改性，在丁二酸酐用量為3g, N

4、-溴代丁二酰亞胺用量為0.1g,反應(yīng)時間為6h、反應(yīng)溫度為70℃時，可制得較為滿意的羧基化改性蔗渣半纖維素。采用紅外光譜、核磁共振、掃描電鏡、熱分析儀分別對蔗渣半纖維素羧基化改性前后進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，本研究采用的改性方法成功的將羧基引入蔗渣半纖維素中，并且羧基化改性后蔗渣半纖維素的分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生了變化，羧基化改性后半纖維素的熱穩(wěn)定性下降。
　　 3.采用改性劑對蔗渣半纖維素進(jìn)行兩性改性，考察了改性劑用量、NaOH用量、反

5、應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、改性次序等因素對兩性改性的影響，結(jié)果表明，對1g干燥后的蔗渣半纖維素進(jìn)行陽離子化改性，在3-氯-2-羥基丙基三甲基氯化銨用量為0.3g, NaOH用量為0.1g、反應(yīng)時間為2h、反應(yīng)溫度為60℃時，可得到較為滿意的陽離子化改性產(chǎn)物;對1g干燥后的蔗渣半纖維素進(jìn)行陰離子化改性，在一氯醋酸用量為0.4g,NaOH用量用量為0.3g,反應(yīng)時間為2h、反應(yīng)溫度為80℃時，可得到較為滿意的陰離子化改性產(chǎn)物;按照先陰離子化再陽離子

6、化的改性次序得到的兩性改性產(chǎn)物效果更好。采用紅外光譜、核磁共振、掃描電鏡、熱分析儀對兩性改性的蔗渣半纖維素進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，本研究采用的改性方法成功的將羧基和季銨基引入蔗渣半纖維素中，并且發(fā)現(xiàn)兩性改性后蔗渣半纖維素的分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生了變化，兩性改性后蔗渣半纖維素的熱穩(wěn)定性下降。
　　 4.使用羧基化蔗渣半纖維素吸附Cu2+、Pb2+和Cd2+離子，考察了pH值對吸附容量的影響，結(jié)果表明，吸附Cu2+最適pH值為5.5，吸附

7、Pb2+最適pH值為5.5，吸附Cd2+最適pH值為7.5。羧基化蔗渣半纖維素對Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的吸附容量隨著重金屬初始濃度的增加而增大，濃度持續(xù)增高則吸附容量的變化量逐漸減小。通過熱力學(xué)研究表明，F(xiàn)reundlich等溫吸附模型可以很好的描述羧基化蔗渣半纖維素吸附Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的過程，吸附反應(yīng)焓變△H＜0、吉布斯自由能△G＜0，表明吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可以自發(fā)進(jìn)行。通過動力學(xué)研究表明，擬二級動力學(xué)模型

8、可以描述羧基化蔗渣半纖維素對Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的吸附動力學(xué)過程，飽和吸附容量理論值qe，cal分別為19.34 mg/g,59.52 mg/g和29.41 mg/g，在溫度為293K下;擬二級動力學(xué)方程分別為dq(1)/dt=0.0623(19.34-qt)2、dq(1)/dt=0.0237(59.52-qt)2和dq(1)/dt=0.0433(29.41-qt)2。
　　 5.使用兩性蔗渣半纖維素吸附Cu2+、P

9、b2+和Cd2+離子，考察了pH值對吸附容量的影響，結(jié)果表明，吸附Cu2+最適pH值為6.5，吸附Pb2+最適pH值為6，吸附Cd2+最適pH值為7.5。兩性蔗渣半纖維素對Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的吸附容量隨著重金屬初始濃度的增加而增大，濃度持續(xù)增高則吸附容量的變化量逐漸減小。通過熱力學(xué)研究表明，F(xiàn)reundlich等溫吸附模型可以很好的描述兩性蔗渣半纖維素吸附Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的過程;吸附反應(yīng)焓變△H＜0、吉布斯

10、自由能△G＜0，表明吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可自發(fā)進(jìn)行。通過動力學(xué)研究表明，擬二級動力學(xué)模型可以描述兩性蔗渣半纖維素對Cu2+、Pb2+和Cd2+離子的吸附動力學(xué)過程，飽和吸附容量理論值qe，cal分別為26.45 mg/g、65.79 mg/g和36.23 mg/g;在溫度為293K，擬二級動力學(xué)方程分別為dq(1)/dt=0.00936(26.45-qt)2、dq(1)dt=0.0231(65.79-qt)2和dq(1)/dt=0.04