纤维素酰基化改性及其在酚类废水处理中的应用

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随着社会经济和工业的迅速发展,各种工业废水中含有大量有机酚类污染物,具有生物毒性且难以降解,对生态环境造成了严重的污染,对于酚类废水的处理迫在眉睫。常用的酚类废水处理方法有萃取法、吸附法、气提法、超声法、混凝沉淀法、燃烧法、氧化降解法、传统的厌氧消化法、活性污泥法等。其中吸附法是目前应用最广泛的去除废水中酚类、重金属离子等污染物的方法,其有操作灵活、低能耗、低残留、可重复利用等优点。纤维素是自然界中含量最丰富且可再生的资源,本身对污染物有一定的吸附能力,其分子结构中含有大量的羟基,对其化学改性提供了可能。纤维素对甲苯磺酰酯是一种新型聚合材料,可以与各种亲核试剂反应,经常被用来制备纤维素衍生物。本文以微晶纤维素为原料,先酰基化改性制备对甲苯磺酰基纤维素,再利用对甲苯磺酰基纤维素与三乙烯四胺反应制备胺基化纤维素,并对其物化性质和吸附性能进行了研究讨论;同时探讨了不同非离子表面活性剂、反应时间及反应温度对纤维素酰基化改性的影响。  本研究主要内容包括:⑴微晶纤维素的酰基化反应是在环境友好型溶剂NaOH/urea中进行的,以对甲苯磺酰氯为活化剂,加入不同非离子表面活性剂,制备对甲苯磺酰基纤维素,通过傅里叶红外光谱(FTIR)、元素分析、核磁共振波谱(13C-NMR)检测等手段对其表征分析。设计单因素实验,由元素分析可知在相同条件下,加入非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚得到的产物取代度远高于加入聚氧乙烯十二烷基醚。然后设计L9(3)4正交实验,得出最佳合成条件为TosCl/AGU摩尔比=6:1,反应时间3h,反应温度为30℃,壬基酚聚氧乙烯醚的用量为2.5mL。最佳条件下制得的对甲苯磺酰基纤维素的取代度为0.468,得率为127%。⑵对酰基化改性纤维素进行胺化,多胺基采用三乙烯四胺,通过FTIR、元素分析、胺基含量测定等方法手段对胺基化纤维素进行分析,结果表明对甲苯磺酰基纤维素上成功引入胺基。通过测定胺基含量可知三乙烯四胺改性产物中的胺基含量可达2.14 mmol/g,产物得率91.62%,接枝率为91.9%。⑶研究了胺基化纤维素对苯酚和2,4-二氯苯酚的吸附性能。讨论了吸附时间、吸附温度、吸附剂用量、模拟含酚废水初始浓度等因素对吸附效果的影响,并对其进行了吸附动力学和吸附等温线研究。实验结果表明,随着酚类废水初始浓度的增加,酚类污染物去除率降低;随着温度的增加,吸附效率减小。最适宜的条件是25℃时,酚类废水初始浓度相对较小时,胺化纤维素对苯酚以及2,4-二氯苯酚的吸附效率最好。此外胺基化纤维素对苯酚和2,4-二氯苯酚的吸附行为符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,对苯酚和2,4-二氯苯酚的最大吸附能力分别为11.68mg/g和12.29mg/g。
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