本文關(guān)鍵詞：親水型絲瓜絡(luò)基材料的制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 絲瓜絡(luò) 丙烯酰胺 接枝聚合 水解 吸水量 離子吸附 吸附劑

【摘要】：近年來,重金屬離子污染嚴(yán)重威脅人類的生態(tài)環(huán)境和健康水平。在眾多處理方法中,利用吸附劑吸附是最有效去除水體中重金屬離子的一種方法。本論文以天然材料絲瓜絡(luò)為研究對象,利用其富含纖維素和多孔的特點,采用氧化還原引發(fā)體系,成功在絲瓜絡(luò)上接枝聚合,得到親水型絲瓜絡(luò)。深入研究了反應(yīng)條件對吸水性能和吸附重金屬離子性能的影響,篩選出優(yōu)化的制備條件,得到性能優(yōu)良的吸水/吸附材料,為其在相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。首先,采用氫氧化鈉溶液處理初始絲瓜絡(luò)可有效去除其表面的木質(zhì)素和半纖維素,通過對堿液濃度(0-10 mol/L)、堿化溫度(0-100oC)和堿化時間(0-24h)的研究,篩選出較優(yōu)化的堿化處理條件,即CNaOH=1mol/L,12h,50oC。該處理過程是下一步成功進行接枝聚合的基礎(chǔ)。研究了[Ce]/[OH]和[AM]/[OH]比例、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間對絲瓜絡(luò)接枝聚丙烯酰胺的接枝率(GP)和接枝效率(GE)的影響,發(fā)現(xiàn)隨[Ce]/[OH]比例的增加,GP和GE先增加后下降,一般來說,增加鈰鹽比例會提高接枝位點的數(shù)目,但在沒有足夠的硝酸時,高的[Ce]/[OH]投料比會導(dǎo)致鈰鹽引發(fā)劑的水解,減少接枝位點。而且,自由基氧化終止反應(yīng)將占主導(dǎo),競聚反應(yīng)更傾向于形成均聚物。增加[AM]/[OH]比例,即增加體系單體含量,也就增加了單體在接枝位點接觸幾率,促進了接枝反應(yīng)的進行。但是同時,高的[AM]/[OH]投料比也會增大均聚反應(yīng)幾率,使其占主導(dǎo)地位,即丙烯酰胺更容易形成均聚物;而且隨著接枝聚合反應(yīng)的進行,體系粘度也會增加,阻礙了自由基的運動,降低了丙烯酰胺分子從水溶液相到絲瓜絡(luò)接枝位點的擴散。而且鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)的可能性增加。因此,在高的[AM]/[OH]投料比下,GP和GE呈現(xiàn)降低的趨勢。隨反應(yīng)溫度增加,GP和GE先增加后急劇下降。這是因為鈰鹽的分解速率隨著溫度上升而增加,在絲瓜絡(luò)表面上產(chǎn)生了更多的接枝位點引發(fā)接枝聚合,同時單體分子從水相擴散到活性位點的擴散速率也在增加。但高于25°C,更易引起鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng),并且增加了均聚反應(yīng)的競聚率,導(dǎo)致GP和GE急劇下降。延長反應(yīng)時間,GP和GE逐漸增加,到24h以后都保持在一個相對穩(wěn)定的水平。接枝聚丙烯酰胺的絲瓜絡(luò)在堿性條件下水解,得到親水型絲瓜絡(luò)(luffa-g-(PAM-co-PAANa)),水解度約為21%。初始、堿化、接枝和水解后絲瓜絡(luò)都表現(xiàn)出快速吸水動力學(xué)過程,準(zhǔn)二級動力學(xué)方程適于描述該動力學(xué)過程。親水型絲瓜絡(luò)表現(xiàn)出高的飽和吸水量,可達75 g·g-1,主要源于水解樣品的聚合物鏈上COO-離子間的相互靜電排斥作用。研究了親水型絲瓜絡(luò)對水體中重金屬離子Cu(II)、Pb(II)的吸附行為,準(zhǔn)二級動力學(xué)方程適于描述親水型絲瓜絡(luò)吸附動力學(xué)過程,飽和吸附量隨著接枝率增加而增加。在單離子體系,對Cu2+和Pb2+的最大飽和吸附量分別為647 mg·g-1和887 mg·g-1。采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合實驗數(shù)據(jù)表明,親水型絲瓜絡(luò)對Cu2+和Pb2+的吸附為單層吸附。8次吸附-解吸附循環(huán)實驗發(fā)現(xiàn),飽和吸附量基本保持恒定。親水型絲瓜絡(luò)不僅具有較高的飽和吸水量,而且對重金屬離子表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附性能,它能通過簡單洗脫過程循環(huán)使用,表明了優(yōu)異的循環(huán)使用性能,是一種很有前途的用于治理水體系中重金屬離子污染的吸附劑。
【關(guān)鍵詞】：絲瓜絡(luò) 丙烯酰胺 接枝聚合 水解 吸水量 離子吸附 吸附劑
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O647.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-37
• 1.1 絲瓜絡(luò)及其研究現(xiàn)狀9-13
• 1.1.1 絲瓜絡(luò)的研究現(xiàn)狀9-12
• 1.1.2 絲瓜絡(luò)復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2 纖維素及其結(jié)構(gòu)13-18
• 1.2.1 纖維素的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)15-18
• 1.3 纖維素的預(yù)處理18-24
• 1.3.1 物理方法預(yù)處理18-19
• 1.3.2 化學(xué)方法預(yù)處理19-24
• 1.3.3 生物方法預(yù)處理24
• 1.4 纖維素功能化24-35
• 1.4.1 纖維素改性方法25-31
• 1.4.2 功能化纖維素的應(yīng)用31-35
• 1.5 本論文的設(shè)計思想35-37
• 第二章 親水型絲瓜絡(luò)的制備及其吸水性能37-53
• 2.1 引言37
• 2.2 實驗部分37-41
• 2.2.1 原料及試劑37-38
• 2.2.2 實驗儀器與設(shè)備38-39
• 2.2.3 絲瓜絡(luò)堿化處理39
• 2.2.4 堿化絲瓜絡(luò)接枝聚丙烯酰胺39-40
• 2.2.5 接枝在絲瓜絡(luò)上的聚丙烯酰胺的水解40-41
• 2.2.6 吸水動力學(xué)及其吸水性能的測定41
• 2.2.7 表征方法41
• 2.3 結(jié)果與討論41-52
• 2.3.1 絲瓜絡(luò)的表面形貌及化學(xué)結(jié)構(gòu)表征41-45
• 2.3.2 優(yōu)化堿化處理條件45-46
• 2.3.3 接枝絲瓜絡(luò)（luffa-g-PAM）的接枝率和接枝效率46-48
• 2.3.4 吸水動力學(xué)48-51
• 2.3.5 飽和吸水量51-52
• 2.3.6 吸水機理52
• 2.4 本章小結(jié)52-53
• 第三章 親水型絲瓜絡(luò)對水中重金屬離子的吸附53-67
• 3.1 引言53
• 3.2 實驗部分53-56
• 3.2.1 原料及試劑53
• 3.2.2 實驗儀器與設(shè)備53-54
• 3.2.3 親水型絲瓜絡(luò)的制備54-55
• 3.2.4 重金屬離子吸附實驗55-56
• 3.2.5 親水型絲瓜絡(luò)吸附選擇性56
• 3.2.6 解吸附和循環(huán)實驗56
• 3.2.7 表征方法56
• 3.3.結(jié)果與討論56-65
• 3.3.1 絲瓜絡(luò)的表面形貌及化學(xué)結(jié)構(gòu)56-60
• 3.3.2 絲瓜絡(luò)在單離子體系的吸附動力學(xué)60-61
• 3.3.3 絲瓜絡(luò)在單離子體系中的飽和吸附量61-62
• 3.3.4 等溫吸附動力學(xué)62-64
• 3.3.5 絲瓜絡(luò)在雙離子體系中的飽和吸附量64
• 3.3.6 解吸附和循環(huán)使用能力64-65
• 3.4 本章小結(jié)65-67
• 第四章 結(jié)論67-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-87
• 作者簡介87
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果87

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本文編號：714379