發(fā)布時(shí)間：2017-07-31 01:02

  本文關(guān)鍵詞：基于離子液體溶解棉桿制備高吸附納米全纖維素復(fù)合材料的研究

  更多相關(guān)文章： 棉桿纖維 全纖維素復(fù)合材料 粘度 拉伸強(qiáng)度 吸附性能

【摘要】：21世紀(jì),新材料的開發(fā)與研制已經(jīng)成為世界科學(xué)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步的重要關(guān)注點(diǎn)之一。對于廢棄天然物開發(fā)利用并制備新型復(fù)合材料漸漸成為人們的焦點(diǎn)。天然植物富含豐富的纖維素,其來源廣泛、可再生利用、取之不盡用之不竭和環(huán)境友好的特性使其受到整個(gè)材料界的廣泛關(guān)注。所以,對于纖維素基新型材料的探究具有跨世紀(jì)的研究意義,也是對天然廢棄物的重新利用的一個(gè)里程碑的意義。本課題以廢棄棉桿為原材料,通過1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMIM]Cl)溶解制取纖維素溶液并與棉桿皮纖維復(fù)合,采用凝固浴-纖維素再生和熱壓成型工藝制備全纖維素復(fù)合材料。分別探究纖維素溶液粘度、增強(qiáng)纖維長度、纖維質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、熱壓溫度、熱壓壓力、凝固浴種類、增塑劑甘油濃度、再生溫度和再生時(shí)間以及干燥方式對復(fù)合材料性能的影響。另外,在全纖維素復(fù)合材料制備工藝的基礎(chǔ)上,通過在離子液體溶解棉桿纖維素的過程中添加殼聚糖,采用超臨界CO_2干燥技術(shù)制備具有一定孔隙結(jié)構(gòu)的高吸附性能的復(fù)合材料,并考察了其吸附性以及吸附溫度、吸附時(shí)間和復(fù)配配比對吸附性能的影響。課題采用掃面電鏡、X射線衍射儀、傅里葉紅外光譜等方式對全纖維素復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)變化、結(jié)晶變化以及力學(xué)性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果顯示,通過棉桿纖維和全纖維素復(fù)合材料的紅外光譜分析可知,棉稈纖維的構(gòu)型是Ⅰ型,再生纖維素是Ⅱ構(gòu)型,在波數(shù)1425cm~(-1)和1428cm~(-1)出現(xiàn)的纖維素晶體Ⅰ構(gòu)型和晶體Ⅱ構(gòu)型的伸縮振動吸收峰證實(shí)了在纖維溶解和再生過程只屬于物理變化而無任何化學(xué)新官能團(tuán)的生成。XRD曲線中,2?角在14.72°,16.30°和21.92°出現(xiàn)的特征衍射峰可對應(yīng)為纖維素Ⅰ晶體結(jié)構(gòu)中的(110),(110)和(200)晶面;2θ=21.36°,22.0°和23.22°出現(xiàn)的特征衍射峰可對應(yīng)為纖維素Ⅱ晶體結(jié)構(gòu)中的(110),(200)和(110)晶面。進(jìn)一步證實(shí)了纖維素的溶解和再生過程是纖維素Ⅰ型轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素Ⅱ型的過程,晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。同一濃度條件下,在纖維素濃度為8%時(shí),纖維素溶液粘度隨溫度變化最顯著,由90℃的2194Pa.s減小為120℃的434Pa.s,減小了80.14%,并且在105℃黏度發(fā)生大幅度的降低。而在同一溫度條件下,不同棉桿纖維質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的纖維素溶液粘度隨著纖維素溶液濃度的逐步增加呈現(xiàn)增長趨勢。在105℃條件下,纖維素溶液粘度在濃度2%~8%范圍內(nèi)迅速增加,增長率為211.11%;在8%~12%范圍內(nèi),粘度變化速率緩慢,增長率只有107.04%。隨著纖維素濃度的繼續(xù)增加,粘度在12%~16%增長率達(dá)到153.28%:并在18%~20%纖維素濃度范圍內(nèi),黏度變化趨于平緩,增長率只有5.90%。通過對比復(fù)合材料的拉伸性能發(fā)現(xiàn),在105℃、纖維素溶液濃度8%左右時(shí),拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值,為45.23MPa。以拉伸強(qiáng)度作為考核指標(biāo)時(shí),考慮到生產(chǎn)成本,降低消耗等因素,最終得到全纖維素復(fù)合材料制備的最優(yōu)工藝條件為:纖維素溶液濃度為8%,溶解溫度為105℃,纖維長度10mm,增強(qiáng)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%,熱壓溫度50℃,熱壓壓力6MPa,選擇去離子水作為凝固浴,增塑劑甘油濃度1.5%,再生溫度0℃,再生時(shí)間16h,采用的干燥方式為真空烘箱干燥。利用最優(yōu)工藝制得的板材拉伸強(qiáng)度59.85MPa,斷裂伸長率4.33%。對超臨界CO_2干燥制備的棉桿纖維素/殼聚糖復(fù)合材料進(jìn)行了重金屬Pb~(2+)離子吸附性能測試,結(jié)果顯示在纖維素/殼聚糖配比1:2時(shí),復(fù)合材料的吸附量可達(dá)38.683mg/g;在吸附溫度為10℃時(shí),吸附量較高,達(dá)到15.46mg/g;在溫度升高至50℃時(shí),吸附量為15.55mg/g,變化較小,只有1%不到,說明吸附溫度對材料的吸附性能影響較小。吸附時(shí)間再50min時(shí),吸附量達(dá)到25.56mg/g,吸附率為51.52%;在50-100min內(nèi),吸附率開始逐漸減小,吸附率降低到16.60%。隨著時(shí)間的吸附時(shí)間的延長,吸附曲線趨于平緩,吸附量穩(wěn)定在34mg/g這一水平左右。故在吸附溫度為30℃左右,吸附時(shí)間在100min時(shí),吸附材料對Pb~(2+)均有較好的吸附效果。
【關(guān)鍵詞】：棉桿纖維 全纖維素復(fù)合材料 粘度 拉伸強(qiáng)度 吸附性能
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 纖維素溶解體系13-15
• 1.2.2 離子液體溶解纖維素的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 纖維素復(fù)合材料研究進(jìn)展16-18
• 1.2.4 纖維素基復(fù)合材料在廢水吸附處理中的應(yīng)用18-19
• 1.3 纖維素離子液體溶解機(jī)理19-20
• 1.4 殼聚糖的性質(zhì)及其吸附性能20-21
• 1.4.1 殼聚糖的性質(zhì)20-21
• 1.4.2 殼聚糖吸附性能21
• 1.5 研究內(nèi)容21
• 1.6 研究方法21-22
• 1.7 創(chuàng)新點(diǎn)22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)23-33
• 2.1 棉桿纖維素概述23-24
• 2.2 棉桿纖維預(yù)處理24-26
• 2.2.1 棉桿纖維脫膠24-26
• 2.2.2 漂白實(shí)驗(yàn)26
• 2.3 棉桿纖維素溶解26-28
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備26-27
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方案27-28
• 2.4 棉桿纖維素/離子液體體系粘度28
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備28
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)方案28
• 2.5 全纖維素復(fù)合材料制備28-31
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)材料28-29
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)方案29-30
• 2.5.3 實(shí)驗(yàn)步驟30-31
• 2.6 離子液體的回收31
• 2.7 測試表征31-33
• 2.7.1 紅外光譜分析31
• 2.7.2 熱重分析31
• 2.7.3 X射線衍射分析31-32
• 2.7.4 掃描電鏡分析32
• 2.7.5 纖維素/離子液體粘度測試32
• 2.7.6 復(fù)合材料力學(xué)性能測試32-33
• 第三章 結(jié)果與討論33-52
• 3.1 棉桿纖維脫膠結(jié)果分析33-34
• 3.1.1 棉桿纖維素成分分析33
• 3.1.2 脫膠前后SEM對比33-34
• 3.2 棉桿纖維素漂白實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析34-35
• 3.3 棉桿纖維預(yù)處理結(jié)果分析35-36
• 3.4 全纖維素復(fù)合材料正交實(shí)驗(yàn)分析36-41
• 3.4.1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果36-37
• 3.4.2 拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差與方差分析37-38
• 3.4.3 各因素對材料拉伸性能的影響38-41
• 3.5 棉桿纖維素/離子液體體系粘度41-44
• 3.5.1 棉桿纖維素/離子液體體系濃度和溫度對體系黏度的影響41-43
• 3.5.2 纖維素溶液濃度和溫度對全纖維素復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響43-44
• 3.6 全纖維素復(fù)合材料制備單因素分析44-51
• 3.6.1 凝固浴種類對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響44-45
• 3.6.2 甘油濃度對全纖維素復(fù)合材料性能的影響45-46
• 3.6.3 干燥方式對全纖維素復(fù)合材料性能的影響46
• 3.6.4 再生溫度對全纖維素復(fù)合材料性能的影響46-47
• 3.6.5 再生時(shí)間與全纖維素復(fù)合材料性能的影響47-48
• 3.6.6 棉桿纖維和再生纖維素的紅外光譜分析48-49
• 3.6.7 X射線衍射分析49-50
• 3.6.8 SEM分析50
• 3.6.9 熱重分析50-51
• 3.7 結(jié)論51-52
• 第四章 纖維素/殼聚糖復(fù)合材料吸附性分析52-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分52
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品52
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器52
• 4.2 纖維素/殼聚糖吸附型復(fù)合材料的制備52-53
• 4.3 Pb~(2+)溶液的配制53
• 4.4 纖維素/殼聚糖復(fù)合材料SEM分析53
• 4.5 纖維素/殼聚糖復(fù)合材料吸附性測試53-56
• 4.5.1 吸附時(shí)間對纖維素/殼聚糖復(fù)合材料吸附性能的影響54-55
• 4.5.2 吸附溫度對纖維素/殼聚糖復(fù)合材料吸附性能的影響55
• 4.5.3 纖維素與殼聚糖配比對全纖維素復(fù)合材料吸附性能的影響55-56
• 4.6 結(jié)論56-57
• 第五章 本文結(jié)論與前景展望57-59
• 5.1 本文結(jié)論57-58
• 5.2 存在問題58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 ;日本利用農(nóng)業(yè)廢棄物制取全纖維素[J];世界科技研究與發(fā)展;2000年S1期

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 顧潮;基于離子液體溶解棉桿制備高吸附納米全纖維素復(fù)合材料的研究[D];大連工業(yè)大學(xué);2016年

2 游惠娟;基于纖維素溶解效應(yīng)的全纖維素復(fù)合材料研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2014年

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本文編號：596768