NMMO-H2O溶液法制備高吸附再生纖維素材料的研究.pdf

1、纖維素作為最廣泛存在的天然高分子，被譽(yù)為最有可能取代石油的一種資源。但是，纖維素結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有致密的晶體結(jié)構(gòu)，大量的羥基被封閉，使得反應(yīng)試劑難以與纖維素反應(yīng)，限制了纖維素的功能化改性及應(yīng)用。將纖維素進(jìn)行溶解處理，能夠有效地破壞纖維素的氫鍵，得到的再生纖維素材料具有低結(jié)晶度，高可及度等特點(diǎn)，易于進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)，從而擴(kuò)大了纖維素的應(yīng)用范圍本課題旨在通過溶解再生和成孔的方法制備低結(jié)晶度、高反應(yīng)活性的纖維素材料。為此，論文以棉漿粕為原料，4-

2、甲基嗎啉-N-氧化物單水化合物(NMMO·H2O)為溶劑，無水硫酸鈉為成孔劑，碳酸氫鈉為發(fā)泡劑，制備具有吸附性能的再生纖維素材料。主要的研究內(nèi)容與成果如下:
　　纖維素在NMMO·H2O中的溶解和再生。采用NMMO·H2O作為溶劑溶解棉漿粕纖維素，并使用去離子水作為凝固浴制備再生纖維素。利用偏光顯微鏡(PLM)觀察纖維素在NMMO·H2O溶劑中的溶解過程。采用傅立葉紅外光譜儀(FTIR)、X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(

3、SEM)等檢測手段表征再生纖維素的結(jié)構(gòu)與形貌特征。結(jié)果表明，纖維素在NMMO·H2O中的溶解度高，溶解速度快。溶解后再生纖維素的結(jié)晶度明顯降低。溶解完全破壞了纖維素的原始形貌。
　　添加成孔劑制備吸附再生纖維素材料。采用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、比表面積分析儀(BET)等檢測手段表征吸附再生纖維素材料的結(jié)構(gòu)與性能，探討了纖維素濃度、成孔劑用量對材料的結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明:隨著纖維素濃度的增加，材料的

4、結(jié)晶度增加，孔隙率降低，孔壁增厚，吸水保濕性能下降，比表面積先增大后減小。綜合考慮，材料性能和溶液與試劑混合成型的難易程度等有關(guān)因素，選取纖維素濃度為5wt％，成孔劑用量為NMMO·H2O/纖維素溶液質(zhì)量的2倍。
　　添加發(fā)泡劑改善再生纖維素吸附材料的孔隙大小和結(jié)構(gòu)。為了使吸附再生纖維素材料得到更多的氣孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高材料的孔隙率和吸附性能，論文在成孔劑成孔的基礎(chǔ)上，探討了添加發(fā)泡劑碳酸氫鈉制備吸附再生纖維素材料的工藝。采用發(fā)泡劑

5、碳酸氫鈉，在110℃和真空條件下進(jìn)行發(fā)泡制備吸附再生纖維素材料。結(jié)果表明:發(fā)泡劑的添加使再生纖維素材料中形成更多小孔徑孔隙結(jié)構(gòu)，從而提高材料的孔隙率、吸水保濕性能和比表面積。與單獨(dú)使用成孔劑相比，采用成孔劑和發(fā)泡劑協(xié)同作用時(shí)，再生纖維素材料中會(huì)形成更多均勻的小孔徑孔隙結(jié)構(gòu)，吸水保濕性能提高，因此用碳酸氫鈉為發(fā)泡劑是可行的。
　　論文進(jìn)一步討論了發(fā)泡劑用量對吸附再生纖維素材料形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:隨著發(fā)泡劑用量的增加，吸附

6、再生纖維素材料的結(jié)晶度降低，孔隙率、吸水保濕倍數(shù)和比表面積呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，比表面積也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。綜上所述，在論文的研究條件下，采用成孔劑用量為NMMO·H2O/纖維素溶液質(zhì)量的2倍，發(fā)泡劑用量為4wt％時(shí)，制得的吸附再生纖維素材料的綜合性能較為理想。此時(shí)，吸附再生纖維素材料的結(jié)晶度為27％，孔隙率為87.1％，比表面積為5.3892m2·g-1。
　　此外，論文進(jìn)行了以低結(jié)晶度的再生纖維素為原料，以水為反應(yīng)

7、介質(zhì)，纖維素與水溶性單體丙烯酰胺(AM)接枝反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并對Cu2+進(jìn)行吸附試驗(yàn)。結(jié)果表明:再生纖維素接枝丙烯酰胺對Cu2+的吸附量隨溶液初始Cu2+濃度的增加而增加，并且在pH=5附近能得到良好的吸附效果;再生纖維素接枝丙烯酰胺吸附Cu2+容量隨吸附時(shí)間的延長而增加，吸附在初始階段非常迅速。對溫度為45℃，pH=5，Cu2+初始質(zhì)量濃度為30mg/L的溶液，投加再生纖維素接枝丙烯酰胺30mg/L，90 min后即可達(dá)吸附平衡。吸附動(dòng)力