秸秆纤维素在离子液体中的溶解、功能化及其应用

【摘要】： 秸秆是地球上储量巨大的可再生资源。合理开发利用秸秆资源,既符合可持续发展的要求,又可以避免环境污染。然而,秸秆中天然纤维素成分的结晶度高、分子间和分子内存在大量的氢键,使得其具有不熔化、在大多数溶剂中不溶解的特点,这成为秸秆在应用开发中的最大障碍。基于此,本论文以油菜秸秆为原料提取了天然的纤维素,探讨了其在离子液体中的溶解条件;并以离子液体为溶剂在无催化剂的条件下,通过对天然纤维素的功能化,制备了几种吸附剂并用于重金属离子及有机染料污水的处理,效果良好,主要研究内容如下: 1.以油菜秸秆为原料提取天然的纤维素;合成了1-烯丙基,3-甲基氯代咪唑([Amim]Cl)离子液体,并用红外及拉曼光谱对其进行了表征;探讨了所提取的天然纤维素在[Amim]Cl离子液体中的溶解条件,并比较了[Amim]Cl和1-丁基,3-甲基氯代咪唑([Bmim]Cl)两种离子液体对纤维素的溶解性能。 2.在[Amim]Cl室温离子液体中,油菜秸秆纤维素与马来酸酐在无催化剂条件下反应制备纤维素基吸附剂。考察了反应温度、反应时间和马来酸酐/纤维素物质的量之比等因素对合成的影响,并且通过FTIR和固相CP/MAS ~(13)C NMR对产物进行了表征。并将产物作为吸附剂用于吸附溶液中的Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)等重金属离子,吸附试验考察了pH值、吸附时间、重金属离子浓度、温度及干扰离子等因素的影响并用于处理实际工业污水。用Langmuir、Freundlich和复合Langmuir-Freundlich公式对吸附等温线进行模拟。并用Pseudo first order和pseudo second order速率方程和热力学参数解释了吸附机理。 3.在[Amim]Cl室温离子液体中制备了一种新型的两性吸附剂(均苯四酸二酐和硫脲修饰的油菜秸秆纤维素),并用于吸附水体中的Cr(Ⅵ)。吸附试验考察了pH值、吸附时间、Cr(Ⅵ)浓度、温度及干扰离子等因素的影响并用于处理含Cr(Ⅵ)工业污水。用Langmuir、Freundlich和复合Langmuir-Freundlich公式对吸附等温线进行模拟。用Pseudo first order和pseudo second order速率方程和热力学参数解释了吸附机理。 4.考察了所制备的两性纤维素基吸附剂对刚果红和罗丹明B两种有机染料的吸附行为。吸附数据用Langmuir、Freundlich和复合Langmuir-Freundlich等温线方程进行了模拟,并用Pseudo first order和pseudo second order速率方程解释了吸附机理,还考察了其热力学行为。 本论文为可再生资源农作物秸秆的合理利用提供了一条新的思路,为重金属离子及有机染料污水的处理提供了新的材料,具有重要的经济及环境意义。 【关键词】：油菜秸秆纤维素 离子液体 化学改性 吸附
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X712
【目录】：

• 目录4-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 简略词表11-12
• 第一章 绪论12-21
• 1 农作物秸秆12-13
• 1.1 农作物秸秆的种类和产量12-13
• 1.2 农作物秸秆的主要用途13
• 1.3 我国农作物秸秆的利用现状13
• 2 纤维素13-17
• 2.1 纤维素的来源13-14
• 2.2 纤维素的结构14
• 2.3 纤维素的用途14-15
• 2.4 纤维素应用中的瓶颈问题15-16
• 2.5 纤维素的活化方法16-17
• 2.5.1 传统的方法16
• 2.5.2 纤维素溶解16-17
• 3 离子液体及其在纤维素溶解和功能化方面的研究17-20
• 3.1 室温离子液体及其组成17-18
• 3.2 离子液体的性质18
• 3.3 离子液体在纤维素溶解方面的研究进展18-19
• 3.4 离子液体在纤维素功能化方面的研究进展19-20
• 4 论文选题背景及主要研究内容20-21
• 第二章 油菜秸秆纤维素在离子液体中的溶解作用研究21-28
• 1 引言21
• 2 试剂与仪器21-22
• 2.1 实验所用药品21
• 2.2 主要仪器21-22
• 3 方法和步骤22-23
• 3.1 纤维素的提取22
• 3.2 离子液体的合成22
• 3.3 秸秆纤维素在离子液体中的溶解22-23
• 3.3.1 反应时间对溶解的影响22-23
• 3.3.2 反应温度对溶解的影响23
• 4 结果与讨论23-27
• 4.1 离子液体的红外和拉曼表征23-24
• 4.2 秸秆纤维素在离子液体中的溶解24-25
• 4.2.1 时间对溶解的影响24-25
• 4.2.2 反应温度对溶解的影响25
• 4.3 离子液体对纤维素溶解机理研究25-27
• 4.3.1 再生纤维素的红外表征25-26
• 4.3.2 纤维素在离子液体中的溶解机理26-27
• 5 结论27-28
• 第三章 马来酸酐改性秸秆纤维素及其用于Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)和Hg(II)的吸附作用研究28-46
• 1 引言28
• 2 试剂与仪器28-29
• 2.1 实验药品28-29
• 2.2 仪器29
• 3 合成方法和步骤29-32
• 3.1 吸附剂的合成29-30
• 3.2 吸附剂的表征30
• 3.3 吸附剂的选择30
• 3.4 吸附试验30-32
• 3.4.1 pH值对吸附的影响30-31
• 3.4.2 吸附剂用量对吸附的影响31
• 3.4.3 吸附动力学31
• 3.4.4 吸附平衡31
• 3.4.5 温度对吸附的影响31
• 3.4.6 解吸实验31-32
• 3.4.7 金属离子浓度的测定及计算32
• 4 结果与讨论32-44
• 4.1 吸附剂的选择32-33
• 4.2 吸附剂的表征33-35
• 4.2.1 红外光谱33-34
• 4.2.2 核磁共振光谱34-35
• 4.3 吸附试验35-44
• 4.3.1 pH值对吸附的影响35-36
• 4.2.2 吸附剂用量对吸附的影响36-37
• 4.3.3 吸附动力学37-38
• 4.3.4 吸附平衡38-42
• 4.3.5 温度对吸附的影响42-43
• 4.3.6 Cu-Hg-Cd-Pb混合溶液的吸附43-44
• 4.4 实际工业污水的应用吸附44
• 5 结论44-46
• 第四章 均苯四酸二酐和硫脲改性秸秆纤维素及其用于Cr(VI)离子的吸附作用研究46-59
• 1 引言46
• 2 试剂与仪器46-47
• 2.1 实验药品46-47
• 2.2 仪器47
• 3 合成方法和步骤47-49
• 3.1 吸附剂的合成47-48
• 3.2 吸附剂的表征48
• 3.3 吸附试验48-49
• 3.3.1 pH值对吸附的影响48
• 3.3.2 吸附剂用量对吸附的影响48
• 3.3.3 吸附动力学48
• 3.3.4 吸附平衡48-49
• 3.3.5 温度对吸附的影响49
• 3.3.6 解吸实验49
• 4 结果与讨论49-57
• 4.1 吸附剂的表征49-50
• 4.2 吸附试验50-57
• 4.2.1 pH值对吸附的影响50-51
• 4.2.2 吸附剂用量对吸附的影响51
• 4.2.3 吸附动力学51-53
• 4.2.4 吸附平衡53-55
• 4.2.5 温度对吸附的影响55-56
• 4.2.6 共存阳离子及阴离子对吸附的影响56-57
• 4.3 实际工业污水的应用吸附及吸附剂的再生57
• 5 结论57-59
• 第五章 均苯四酸二酐和硫脲改性秸秆纤维素用于有机染料的吸附作用研究59-70
• 1 引言59
• 2 试剂与仪器59-60
• 2.1 实验药品59-60
• 2.2 仪器60
• 3 合成方法和步骤60-62
• 3.1 吸附剂的结构60
• 3.2 吸附试验60-62
• 3.2.1 pH值对吸附的影响60-61
• 3.2.2 吸附剂用量对吸附的影响61
• 3.2.3 吸附动力学61
• 3.2.4 吸附平衡61-62
• 3.2.5 温度对吸附的影响62
• 3.2.6 竞争吸附62
• 3.2.7 染料溶液浓度的测定及计算62
• 4 结果与讨论62-69
• 4.1 pH值对吸附的影响62-63
• 4.2 吸附剂用量对吸附的影响63
• 4.3 吸附动力学63-64
• 4.4 吸附平衡64-67
• 4.5 温度对吸附的影响67-68
• 4.6 竞争吸附试验68-69
• 5 结论69-70
• 全文总结70-71
• 全文参考文献71-81
• 致谢81-82
• 附录82

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