秸秆全利用阳离子吸附剂的设计合成及应用

【摘要】：秸秆全利用是高附加值利用秸秆的一条简便宜行的技术路线。本文选择玉米秸秆为原料,对其进行化学改性制备阳离子秸秆,目的是使秸秆中组分全利用,并研究全利用阳离子秸秆吸附材料对水溶液中三种酸性染料的吸附性能,以此评价阳离子秸秆的应用性能,为秸秆高附加值的全利用提供一条可行的路线。论文主要研究内容及结果如下： 本文首先研究了秸秆的性质和结构,测定了玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的组分含量,分别为32%、26%和18%；研究了室温下秸秆在溶剂中的溶解性能,发现秸秆在1%氢氧化钠溶液中溶解度为0.26g；秸秆的SEM图片表明秸秆本身具有孔道结构,适于做吸附材料。 本文以玉米秸秆为原料,GTA作阳离子化试剂,直接阳离子化合成了阳离子秸秆。研究了碱化时间、反应温度、碱用量、反应时间、阳离子化试剂用量对秸秆利用率、GTA的利用率和阳离子基团含量的影响。结果表明秸秆阳离子化改性的较佳工艺条件是：反应时间3h,反应温度70°C, GTA用量为3mol/kg秸秆,n(NaOH):n(GTA)=1.5:1, GTA利用率为53.2%,秸秆阳离子基团含量为1.60mmol/g,秸秆利用率达到80%。使用元素分析和红外光谱分析方法,对改性前后玉米秸秆的组成元素和结构进行了表征证实阳离子基团的引入。 以玉米秸秆为原料,DMF作溶剂,环氧氯丙烷作交联剂,GTA作阳离子化试剂,合成了阳离子秸秆。研究了反应温度、碱用量、反应时间、阳离子化试剂用量对秸秆利用率、GTA的利用率和阳离子基团含量的影响。结果表明秸秆阳离子化改性的较佳工艺条件是：反应时间4h,反应温度90°C, n(NaOH):n(GTA)=1:l.GTA用量为3mol/kg秸秆。此时,GTA利用率为51.2%,秸秆接枝率为1.53mmolGTA/g秸秆,秸秆利用率达到95%。使用元素分析和红外光谱分析方法,对改性前后玉米秸秆的组成元素和结构进行了表征证实阳离子基团的引入。 以全利用阳离子秸秆作为染料废水中酸性红1、酸性黄128和酸性黄199三种酸性染料的吸附剂,研究了阳离子秸秆投加量、pH值、吸附时间和氯化钠浓度等因素对吸附效果的影响,结果表明,对于浓度0.1g/L的染料废液,在阳离子秸秆投加量对三种染料废液的投加量分别为1.1g/L、0.9g/L、1.0g/L,pH值6,吸附时间4h的条件下,染料废水脱色率均可达到99.9%。利用浓度为1mol/L的NaOH溶液对吸附剂进行解吸,并循环利用,当循环次数达到5次时,脱色率降至65%。 【关键词】：秸秆 阳离子化 吸附 阴离子染料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-22
• 1.1 农业秸秆的利用现状及存在问题9-10
• 1.2 农业秸秆的化学改性研究进展10-15
• 1.2.1 秸秆主要组分单独改性11-13
• 1.2.2 秸秆整体改性利用13-15
• 1.3 染料污水处理相关技术及农业秸秆在其中的应用15-21
• 1.4 论文设计思想21-22
• 2 秸秆性质及结构22-28
• 2.1 实验部分22-25
• 2.1.1 化学试剂22-23
• 2.1.2 实验仪器23
• 2.1.3 秸秆三大主要组分含量分析23-25
• 2.1.4 秸秆溶解性能25
• 2.1.5 秸秆扫描电镜图25
• 2.2 结果与讨论25-27
• 2.2.1 秸秆中各组分含量25-26
• 2.2.2 秸秆在不同溶剂中的溶解度26
• 2.2.3 秸秆扫描电镜图26-27
• 2.3 小结27-28
• 3 玉米秸秆阳离子化28-58
• 3.1 实验部分28-33
• 3.1.1 化学试剂28
• 3.1.2 实验仪器28-29
• 3.1.3 玉米秸秆直接阳离子化29
• 3.1.4 玉米秸秆先交联后阳离子化29-30
• 3.1.5 阳离子秸秆N含量的测定30-31
• 3.1.6 交联秸秆增重率计算31-32
• 3.1.7 产物表征32-33
• 3.2 结果与讨论33-56
• 3.2.1 直接阳离子化秸秆的制备33-39
• 3.2.2 全利用阳离子秸秆的制备39-52
• 3.2.3 产物表征52-56
• 3.3 小结56-58
• 4 阳离子秸秆对染料的吸附研究58-68
• 4.1 实验部分58-60
• 4.1.1 化学试剂58-59
• 4.1.2 实验仪器59
• 4.1.3 染料吸附实验59-60
• 4.1.4 染料解吸及吸附剂再生循环使用60
• 4.2 结果与讨论60-67
• 4.2.1 阳离子秸秆对染料的吸附研究60-65
• 4.2.2 阳离子秸秆再生65-67
• 4.3 小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

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