玉米秸秆纤维素的改性及染料吸附性能研究

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秸秆是一类农业废弃物和可再生的生物质资源,具有来源丰富、廉价及可生物降解等优点。秸秆纤维素分子链上分布着大量的羟基,可通过引入不同的官能团对其进行化学改性。将改性秸秆纤维素作为一种绿色水处理剂应用于染料废水处理中,具有广阔的应用前景。本文将玉米秸秆经预处理得到的秸秆纤维素,通过酯化、醚化及接枝共聚等反应引入季铵基团、羧基或叔胺基团,制备了阳离子型、阴离子型和两性秸秆基吸附剂,研究了其在染料废水处理中的应用性能。主要内容如下:(1)以甜菜碱盐酸盐为改性剂,双氰胺为脱水剂,干法制备了秸秆纤维素甜菜碱酯,考察了秸秆纤维素甜菜碱酯的最佳制备条件。当玉米秸秆纤维素用量0.1g,甜菜碱盐酸盐用量0.1 g,双氰胺用量0.032 g,反应温度140℃,反应时间2.5 h时,秸秆纤维素甜菜碱酯的取代度为0.725。通过FI-IR、SEM、XRD、BET、Zeta电位、TG-DTG等分析测试手段对所合成吸附剂的结构进行了表征,研究了将该类吸附剂在酸性大红G染料废水处理中的应用性能,以染料去除率和吸附量作为吸附效果的指标,考察了染料浓度、溶液p H值、吸附剂用量、吸附时间等因素对吸附性能的影响。在染料浓度为100 mg·L-1,溶液初始p H值为4.0时,对酸性大红G的去除率可达97.8%。该类吸附剂对阴离子染料的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmiur等温模型。对酸性大红G的饱和吸附量为308.2 mg·g-1,对酸性嫩黄2G、活性艳橙K-R的吸附量分别能达到261.2 mg·g-1、408.8 mg·g-1。(2)采用氯乙酸为改性剂,在乙醇水溶液中进行醚化反应,制备了羧甲基秸秆纤维素,考察了羧甲基纤维素的最佳制备条件。当玉米秸秆纤维素用量0.3 g,氯乙酸用量0.36 g,醚化温度60℃,反应时间160 min时,羧甲基纤维素的取代度为0.824。通过FI-IR、SEM、XRD、BET、Zeta电位、TG-DTG等分析测试手段对所合成吸附剂的结构进行了表征,研究了将该类吸附剂在亚甲基蓝染料废水处理中应用性能。在染料浓度为200 mg·L-1,溶液初始p H值为8.0时,对亚甲基蓝的去除率可达92.6%。该类吸附剂对阳离子染料的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmiur等温模型,对亚甲基蓝的饱和吸附量为418.7 mg·g-1。(3)以氯乙酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为改性试剂,在秸秆纤维素上同时引入羧基和叔胺基,制备了两性秸秆基吸附剂,确定了其最佳制备条件为:羧甲基秸秆纤维素用量0.3 g,阳离子单体用量10 m L,85%乙醇溶液10 m L,反应时间4 h。通过FI-IR、SEM、XRD、BET、Zeta电位、TG-DTG等分析测试手段对所合成吸附剂的结构进行了表征,研究了该类两性秸秆基吸附剂在亚甲基蓝及酸性大红G的染料废水处理中的应用性能。对染料浓度为200 mg·L-1的亚甲基蓝溶液的去除率可达90.6%;对染料浓度为100 mg·L-1的酸性大红G溶液的去除率可达95.1%。两性秸秆基吸附剂对阳离子及阴离子染料的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmiur等温模型。对亚甲基蓝的饱和吸附量为329.8 mg·g-1,对酸性大红G的饱和吸附量为361.7 mg·g-1。
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