不同脫膠處理下鳳眼蓮纖維素黃原酸鹽結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、鳳眼蓮(Eichhornia crassipes,E.crassipes)由于其具有極強的繁殖和生物入侵能力,現(xiàn)已被列為世界十大害草之一。本研究室過去利用鳳眼蓮秸稈纖維素制備纖維素黃原酸鹽,將其用作水體重金屬吸附劑已有一些研究,其中包括采用強堿堿化脫膠方法處理鳳眼蓮材料,再經(jīng)磺化和鎂鹽置換處理獲得了對水體重金屬離子具有較好吸附效果的鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽。另外,也從南湖底泥中篩選了一種對風眼蓮中半纖維素、木質(zhì)素、果膠等具有較好降解效

2、果的菌株(暫定名為A1菌)。針對堿化脫膠工藝過程中會產(chǎn)生大量堿性廢水的缺點,本文設置了強堿(NaOH)、微生物(A1菌)、果膠酶共3種脫膠方法分別處理鳳眼蓮莖葉原料,再分別采用相同的磺化和鎂鹽置換步驟合成了3種鳳眼蓮纖維素黃原酸鹽,并以微晶纖維素為原料制備的微晶纖維素黃原酸鹽作為對照,采用FTIR和SEM-EDXA研究了這4種吸附劑合成過程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)特性以及表面元素組成的變化,探討吸附劑對不同種類和濃度的重金屬離子Cu2+、Zn2+、P

3、b2+、Cd2+的吸附性能,評判不同脫膠工藝的優(yōu)劣。同時,以鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽為模式吸附劑,研究了吸附劑材料在不同實際應用環(huán)境條件下的化學穩(wěn)定性；以微晶纖維素合成的不同黃原酸鹽為對象比較了不同鹽的相對化學穩(wěn)定性。主要結(jié)果如下:
　　 (1)采用生物脫膠方法也能有效對鳳眼蓮莖葉中非纖維素物質(zhì)進行去除,FT-IR以及SEM—EDXA結(jié)果顯示,采用生物脫膠方法處理鳳眼蓮莖葉原料,以此制備的風眼蓮纖維素黃原酸鹽與采用傳統(tǒng)的強堿堿

4、化脫膠方法具有相近的脫膠效果。在A1菌(實驗室分離)脫膠和果膠酶脫膠這兩種生物脫膠方法中,果膠酶脫膠合成的鳳眼蓮果膠酶脫膠纖維素黃原酸鹽材料含有更有利于吸附的表面和更高的吸附作用元素S和Mg,其元素原子百分比含量分別為2.35和8.95。
　　 (2)鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽、鳳眼蓮A1菌脫膠纖維素黃原酸鎂鹽、風眼蓮果膠酶脫膠纖維素黃原酸鎂鹽以及微晶纖維素黃原酸鎂鹽對Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+都具有很好的吸附效果。

5、其中,鳳眼蓮果膠酶脫膠纖維素黃原酸鎂鹽對這4種重金屬離子的吸附量最高,其次是鳳眼蓮A1菌脫膠纖維素黃原酸鎂鹽和鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽,最后是微晶纖維素黃原酸鎂鹽。這4種吸附劑對Pb2+的吸附效果最好,吸附量可達816.9mg/g,其次是Cu2+、Cd2+、最后是Zn2+。
　　 (3)鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽、鳳眼蓮A1菌脫膠纖維素黃原酸鎂鹽、風眼蓮果膠酶脫膠纖維素黃原酸鎂鹽以及微晶纖維素黃原酸鎂鹽對4種不同濃度重金屬離子

6、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附都很快,采用流動法進行吸附動力學實驗時,可以在60-80 min內(nèi)達到吸附平衡；采用準一級動力學方程可以較好地擬合4種材料對這4種重金屬離子的吸附過程；隨著重金屬離子初始濃度的增加,吸附速度降低；對于同種濃度的不同重金屬離子,4種吸附劑材料對其吸附速度的大小順序不一致。
　　 (4)避光條件下,鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽中S和Mg含量在整個30d實驗周期中的0-15d分別降低了近9％和

7、10％,材料不穩(wěn)定,在15—30d里,S和Mg分別降低了2％和1％,相比前期降低量不明顯,材料較為穩(wěn)定。紫外光照下,S和Mg在0-15d分別降低約10％和12％,在15-30d降低了1％和4％,紫外光照下S和Mg降低量高于避光條件,說明紫外光照對材料的性能有影響。在扣除避光條件引起的材料中S和Mg的降低量后,由紫外光照引起的S降低量為5％(0—15d),2％(15-30d),Mg降低量為1.5％。這說明紫外光照對材料性能有一定的影響,因

8、此風眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽應保存在密封及避光條件下。
　　 (5)酸度對鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鹽的S和Mg含量有相當大的影響,相比于中性和堿性條件,在酸性條件下,材料中S和Mg含量變化率最大,鳳眼蓮堿化纖維素黃原酸鎂鹽在酸性水體中最不穩(wěn)定。因此,在將其作為水體重金屬吸附劑使用時,應避免在酸度較高水體中停留過長時間,不然易造成水體環(huán)境的二次污染。
　　 (6)不同金屬的纖維素黃原酸鎂鹽(CCX)的穩(wěn)定性順序為:當pH=5