納米微晶纖維素的氨基化改性及其吸附性能研究.pdf

1、近年來，紡織、塑料、造紙、印刷及食品等化學(xué)工業(yè)所排放的廢水中含有的染料及重金屬離子日益增加，不僅造成了環(huán)境污染，而且給人類的健康帶來了巨大危害。因此，開發(fā)高效廉價(jià)的染料和重金屬離子去除方法成為亟待解決的問題。由于具備低成本、對(duì)毒性污染物不敏感、流程簡單靈活等優(yōu)勢(shì)，吸附法成為去除染料和重金屬離子最常用的方法。最近，具有較大比表面積及眾多吸附位點(diǎn)的納米吸附劑受到越來越多的關(guān)注。
　　本論文以納米微晶纖維素（NCC）為原料，首先對(duì)其進(jìn)行

2、高碘酸鹽氧化，制得二醛納米纖維素（DANC）。然后，利用席夫堿反應(yīng)將乙二胺接枝到DANC上，得到具有游離氨基的氨基納米纖維素（ANCC）。最后，將ANCC用作陰離子染料及鉻離子的吸附劑，并研究其吸附性能及機(jī)理。
　　首先，采用硫酸水解法將漂白闊葉木硫酸鹽漿（BHKP）水解，得到初始原料NCC。利用NaIO4氧化NCC，生成DANC，探討了NaIO4用量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)DANC醛基含量、Zeta電位、結(jié)晶指數(shù)及晶粒尺寸的影響，

3、并通過FT-IR、XRD和TGA對(duì)產(chǎn)物性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，隨著 NaIO4用量的增加，DANC的醛基含量逐漸增加；延長反應(yīng)時(shí)間可以提高產(chǎn)物的醛基含量；在溫度為40℃以下時(shí)，提高溫度會(huì)促進(jìn)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，而當(dāng)溫度超過40℃，提高溫度反而會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行。在NaIO4用量為6 mmol/g、反應(yīng)時(shí)間為48 h、反應(yīng)溫度為40℃時(shí)，經(jīng)過氧化改性所得的產(chǎn)物 DANC的醛基含量為105.1％、Zeta電位為-19.5 mV。FT-IR分析表明

4、，NCC經(jīng)NaIO4氧化后，在其表面成功地引入了醛基。XRD分析表明，DANC的晶型沒發(fā)生變化，仍保持纖維素-I晶型。但與NCC相比，其結(jié)晶指數(shù)有所降低，且隨著 NaIO4用量的增加，結(jié)晶指數(shù)逐漸下降。熱重分析結(jié)果顯示，經(jīng) NaIO4氧化后，DANC的熱穩(wěn)定性降低。隨著 NaIO4用量的增加，其初始降解溫度逐漸降低。
　　然后，利用乙二胺通過席夫堿反應(yīng)對(duì)DANC進(jìn)行氨基化改性，獲得具有游離氨基的氨基納米纖維素（ANCC）。探討了乙

5、二胺用量對(duì)產(chǎn)物得率、氨基含量和Zeta電位的影響，并通過FT-IR、XRD、TGA、AFM和元素分析對(duì)產(chǎn)物性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，隨著乙二胺用量的增加，ANCC的氨基含量和Zeta電位亦逐漸增加。FT-IR分析表明，DANC經(jīng)氨基化改性后，成功地引入了氨基。標(biāo)準(zhǔn)茚三酮顯色檢測(cè)驗(yàn)證了產(chǎn)物中游離氨基的存在。XRD分析表明，ANCC的晶型沒發(fā)生變化，仍保持纖維素-I晶型。AFM圖片顯示，由于樣品表面親水性氨基的引入，ANCC的分散性有所提高。

6、但與NCC相比，其粒徑有所降低。
　　最后，將ANCC用作陰離子染料和鉻離子的吸附劑，探討了ANCC用量、吸附時(shí)間及反應(yīng)體系pH對(duì)吸附效果的影響，并對(duì)吸附等溫線和吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，較大的ANCC用量、較長的吸附時(shí)間及酸性條件下，ANCC對(duì)酸性大紅GR具有較好的吸附效果。當(dāng)ANCC用量從0.5 g/L增加到1.0 g/L時(shí)，脫色率由62%增長至100%；pH為4.7時(shí)，ANCC對(duì)酸性大紅GR的脫色率為67.3%。ANC