【摘要】：當(dāng)今世界,工業(yè)化發(fā)展和科學(xué)研究為社會進(jìn)步提供巨大的推動作用,但同時也對人類社會帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程中的排出的廢水含有大量的重金屬或類金屬離子,進(jìn)入到自然界中將會對環(huán)境和生態(tài)造成破壞,還會對人類身體健康帶來難以想象的風(fēng)險。因此,效率高、成本低的廢水處理技術(shù)方面的研究,已經(jīng)成為現(xiàn)在社會廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題。吸附法作為較為新型的去除重金屬離子的技術(shù),具備污染低、效率高、操作流程簡單、更低成本和再生處理方便等優(yōu)勢,成為目前用于廢水中重金屬離子處理的最常用方法。纖維素基吸附劑因?yàn)槠涓弑缺砻娣e、物理性能好、可生物降解和來源廣泛等特點(diǎn),受到越來越多學(xué)者的青睞。本論文提出了一種以微纖化纖維素為原料制備的高效、選擇性和可循環(huán)利用的纖維素基吸附劑,并將其應(yīng)用于汞離子的吸附研究,并探討其對汞離子以及其他金屬離子的吸附性能。首先,將實(shí)驗(yàn)室自制漂白棕櫚纖維素(Bleached palm cellulose,BPC)進(jìn)行堿預(yù)處理后,再進(jìn)行機(jī)械處理制備得到微纖化纖維素(Microfibrillated cellulose,MFC)。利用高碘酸鈉對制備得到的MFC進(jìn)行氧化處理,得到結(jié)構(gòu)上具有鄰二醛基的纖維素(DAMC),然后通過席夫堿反應(yīng),將氨基硫脲接枝到DAMC上,制備出具有氨基硫脲活性官能團(tuán)的纖維素(TSMC)。并使用FT-IR、XRD、XPS、TGA、元素分析和SEM對樣品的性能進(jìn)行表征,同時對不同反應(yīng)條件對反應(yīng)產(chǎn)物的得率和活性官能團(tuán)含量的影響進(jìn)行探究。FT-IR結(jié)果表明,經(jīng)過堿預(yù)處理和機(jī)械處理后的纖維素在分子結(jié)構(gòu)上的官能團(tuán)沒有發(fā)生明顯的變化;經(jīng)過高碘酸鈉氧化之后DAMC成功引入了醛基,再經(jīng)過氨基硫脲改性之后TSMC成功接枝氨基硫脲。XRD結(jié)果表明在整個反應(yīng)過程中,纖維樣品均保持了纖維素I型的晶體結(jié)構(gòu),但是結(jié)晶度逐漸降低。TGA結(jié)果表明經(jīng)過堿預(yù)處理后、機(jī)械處理和氧化反應(yīng)后的纖維素的熱穩(wěn)定性逐漸減低,印證了XRD的結(jié)果。XPS結(jié)果表明,TSMC上出現(xiàn)了新的氮和硫元素的吸收峰,進(jìn)一步印證了TSMC成功接枝氨基硫脲。SEM結(jié)果表明,在氧化反應(yīng)過程中高碘酸鈉會使纖維素發(fā)生降解作用,且用量越大降解程度越高。同時,在反應(yīng)過程中增加高碘酸鈉的用量、延長反應(yīng)時間和提高反應(yīng)溫度都在一定程度上提升DAMC的醛基含量,但是得率也隨之下降。當(dāng)反應(yīng)條件為高碘酸鈉用量6mmol/g,反應(yīng)時間6h,反應(yīng)溫度40℃時,DAMC的得率為89.6%,醛基含量為94.6%。增加氨基硫脲的用量,可以提升TSMC的氨基含量。將制備得到的TSMC作為Hg(II)離子和其他金屬離子的吸附劑,研究了TSMC對重金屬離子的吸附性能,并對吸附過程的吸附動力學(xué)和吸附等溫線進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,增加溶液濃度、延長吸附時間和在酸性條件下適當(dāng)提高pH值能夠增加TSMC對Hg(II)離子的吸附能力。TSMC對Hg(II)離子的吸附過程符合動力學(xué)擬二級方程以及Langmuir吸附等溫線模型,最大吸附量達(dá)到331.13mg/g。選擇性吸附結(jié)果表明,TSMC對Hg(II)離子的吸附選擇系數(shù)對比其他金屬離子均超過50倍,說明TSMC對Hg(II)離子具有比較高的吸附專一性。最后對TSMC進(jìn)行Hg(II)離子印跡處理后得到IIP-TSMC,并對纖維素的晶體結(jié)構(gòu)和對金屬離子的吸附性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,經(jīng)過離子印跡處理后,纖維素的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化,對Hg(II)離子的吸附能力下降約10%,但是吸附選擇性增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;TQ317;O647.3
【圖文】：

圖 1-1 MFC 表面改性的幾種方法[38]Fig.1-1 Several methods for surface modification of MFC1.3.1 微纖化纖維素的表面物理吸附改性MFC 的表面物理吸附的辦法不一而同，可以通過使用表面活性劑，也可以通過聚電解質(zhì)吸附來對纖維表面進(jìn)行改性。人們用作 MFC 表面改性的表面活性劑通常是兩親有機(jī)化合物，即含有疏水基團(tuán)（所謂的尾部）和親水基團(tuán)（所謂的頭部）的化合物。Aulin[41等人用羧甲基化的 MFC 制備而成的纖維素播磨涂覆上不同量的含氟的表面活性劑，如全氟十八烷酸（C17F35COOH）等，對 MFC 進(jìn)行改性。結(jié)果表明，與羧甲基化的 MFC分散表面能（54.5 mN / m）相比，吸附表面活性劑后 MFC 的分散表面能急劇降低至 1mN / m。Syverud[42]等人首先對 MFC 進(jìn)行 TEMPO 體系氧化的預(yù)處理，制備出帶有陰離子表面的 TEMPO-MFC，然后將 TEMPO-MFC 膜浸泡在 N-十六烷基三甲基溴化銨（CTAB水溶液中，使 CTAB 沉積在 TEMPO-MFC 膜上。在改性之后的檢測結(jié)果表面，因?yàn)?CTAB

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文[64]，具體的反應(yīng)方程式如圖 2-1 所示[65]。反應(yīng)過程的機(jī)理是高碘酸鈉中的進(jìn)攻葡萄糖單元 C2-C3 鄰位上兩個仲羥基之一，這是一個自我加速的過元上一個仲羥基轉(zhuǎn)化為醛基之后，相鄰的仲羥基由于結(jié)晶的局部損失變得成平面的環(huán)酯，作為八面體中間的部分，其氧化速率取決于相鄰羥基基團(tuán)結(jié)晶指數(shù)[66]。

圖 2-4 a）纖維素原料和 b）MFC 的熱穩(wěn)定性檢測圖Fig.2-4 TGA of (a) cellulose raw materials and c)MFC反應(yīng)條件對雙醛基纖維素的性能影響高碘酸鈉用量對 DAMC 得率和醛基含量的影響究不同高碘酸鈉用量條件下，DAMC 的得率和醛基含量變化的實(shí)驗(yàn)在固℃下，加入不同量的高碘酸鈉反應(yīng) 6h 進(jìn)行。MC 得率變化結(jié)果如圖 2-5 所示。從圖上可以看到，隨著高碘酸鈉用量MC 的得率不斷降低。造成此結(jié)果的原因是高碘酸鈉是一種強(qiáng)氧化劑，會對纖維素內(nèi)部分子間的共價鍵和氫鍵造成破壞，導(dǎo)致 MFC 的分子結(jié)構(gòu)降解。因此當(dāng)高碘酸鈉的用量增加，MFC 被降解的程度越來越高，導(dǎo)致從 94.5%逐漸下降到 75.9%，且下降的速度隨著高碘酸鈉的加入呈現(xiàn)增大MC 醛基含量變化結(jié)果如圖 2-6 所示。從圖上可以看到，隨著高碘酸鈉，DAMC 醛基含量呈現(xiàn)先快速上升，在高碘酸鈉加入量為 6mmol 時到

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2806131