多孔改性纖維素凝膠球的制備及其吸附性能研究.pdf

1、纖維素凝膠球是纖維素凝膠中一種重要的形態(tài)結(jié)構(gòu)，它在色譜分離、污染物吸附處理、蛋白質(zhì)固定、催化劑負(fù)載以及藥物緩釋等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。它不僅具有常規(guī)纖維素凝膠綠色環(huán)保和孔隙豐富的特點(diǎn)，還具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和低流體阻力的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)傳統(tǒng)纖維素凝膠球制備過程中依靠液滴下落成球容易與凝固浴之間發(fā)生碰撞和擴(kuò)散畸變的缺點(diǎn)，提出一種新的基于纖維素-NaOH/urea水體系的液滴-懸浮凝膠成球法，并以此成功地制備出竹纖維素原料和低廉紙漿原料的纖維素

2、凝膠球，進(jìn)而通過纖維素分子與其它天然高分子的共混、表面改性以及納米顆粒原位生長(zhǎng)等手段成功制備出一系列具有高特異性和高吸附性的球形纖維素基水凝膠和氣凝膠材料。
　　(1)以NaOH/urea水體系為溶劑，酸性三氯甲烷-乙酸乙酯為再生浴，采用液滴-懸浮凝膠法制備出粒徑均勻的竹纖維、桉木漿、蘆葦漿和微晶纖維素凝膠球。研究結(jié)果表明該法制備的凝膠球產(chǎn)品都具有均勻的球形形態(tài)，粒徑處在2.5-3 mm之間。同時(shí)該凝膠球還具有核殼型層次結(jié)構(gòu)，表面

3、為纖維素分子沉積形成的致密殼形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為纖維素分子鏈自由聚集纏繞形成的無(wú)序三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用不同濃度纖維素溶液和不同纖維素原料制備出的凝膠球都表現(xiàn)出較高的比表面積和豐富的孔體積，其中SCA-3樣品的比表面積為209.9 m2/g，介孔體積為1.183 cm3/g。
　　(2)以海藻酸鈉為功能性組件，通過溶液共混和懸浮凝膠過程成功地制備出海藻酸鈉/纖維素復(fù)合水凝膠球。研究表明在海藻酸鈉≤50％時(shí)凝膠樣品保持穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部呈現(xiàn)

4、出絲狀交叉的三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)。在陽(yáng)離子染料吸附處理中該復(fù)合凝膠球?qū)喖谆{(lán)、羅丹明6G和金胺O都表現(xiàn)出較高吸附量，其中在50 mg/L亞甲基藍(lán)中它的吸附量為44.50 mg/g，去除率為89％，并且該復(fù)合凝膠樣品對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附適合在中性或弱堿性條件下進(jìn)行，同時(shí)該吸附過程較好地符合Freundlich吸附模型、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程以及粒子內(nèi)擴(kuò)散模型。吸附后的吸附劑可以通過0.1 M鹽酸溶液進(jìn)行脫附，經(jīng)5次吸附-脫附后仍能保持初始值81％

5、的吸附量。
　　(3)以甲殼素為功能性組件，通過溶液共混和懸浮凝膠過程成功地制備出粒徑均勻的甲殼素/纖維素復(fù)合水凝膠球。研究表明在甲殼素≤50％時(shí)凝膠球保持穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部呈現(xiàn)出絲狀交叉的三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，比表面積和介孔體積分別為328.1 m2/g和1.642 cm3/g。在Pb2+吸附處理中該復(fù)合凝膠球有著較高的吸附量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在1mmol/L的Pb2+溶液中它的飽和吸附量為0.712 mmol/L，并且該吸附過程較好

6、的符合Langmuir吸附模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，是基于氨基與Pb2+絡(luò)合作用的均勻單分子層化學(xué)吸附。在重復(fù)使用性實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過5次吸附-脫附過程該復(fù)合凝膠球仍能保持初始值70％的吸附量。
　　(4)通過TEMPO選擇性催化氧化過程成功羧基引入到纖維素凝膠球中制備出羧基化的纖維素凝膠球。研究結(jié)果表明經(jīng)過12h的氧化反應(yīng)該纖維素凝膠既保留了原有的球形結(jié)構(gòu)還具有了較高羧基含量（1.25 mmol/g），同時(shí)該凝膠球的表面密集度也大大降低

7、，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)絲化增強(qiáng)，比表面積和介孔體積得到了明顯地提升。該羧基化纖維素凝膠球?qū)﹃?yáng)離子染料和金屬陽(yáng)離子都表現(xiàn)出良好的吸附性能，對(duì)金胺O溶液的吸附量為0.83mmol/g，對(duì)幾種金屬陽(yáng)離子的吸附能力大小為Cu2+＞Cd2+，Pd2+，Ni2+＞Zn2+，吸附量均在0.44 mmol/g以上。
　　(5)通過原位合成法成功地將納米Ag2O顆粒引入到纖維素凝膠球網(wǎng)絡(luò)中制備出Ag2O/纖維素氣凝膠球。研究結(jié)果表明在改性前后凝膠樣品始終保持均

8、勻的球形，納米Ag2O顆粒較為均勻的分布到纖維素骨架上，并且復(fù)合氣凝膠內(nèi)部仍為原有的纖維素三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在樣品I2蒸氣實(shí)驗(yàn)中，Ag2O/纖維素氣凝膠球?qū)2蒸氣有著良好的物理和化學(xué)吸附作用，吸附量高達(dá)87.8 mg/g。
　　(6)以纖維素氣凝膠球?yàn)榛w，十八烷基三氯硅烷(OTS)作為疏水改性劑，采用表面硅烷基化反應(yīng)快速地合成出超輕、多孔的疏水纖維素氣凝膠球。研究結(jié)果表明OTS改性過程沒有改變纖維素氣凝膠球的的微觀特征和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，

9、僅對(duì)纖維素的表面親水性羥基進(jìn)行了屏蔽，使其具有良好的疏水特性，它的表觀密度和總的孔體積分別為17.6mg/cm3和56.11 cm3/g。在油脂吸附性能測(cè)試中該氣凝膠球具有良好的吸附選擇性，對(duì)幾種油脂的吸附量均在30-60 g/g范圍。同時(shí)它還具有良好的重復(fù)使用性，在對(duì)甲苯的5次吸附-脫附測(cè)試中其吸附量穩(wěn)定在40g/g，并且保持了較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　(7)以殼聚糖為功能性組件，采用液滴-懸浮凝膠和乙酸后處理過程成功制備出包裹殼