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端氨基蔗渣纖維素對(duì)水中重金屬離子微污染吸附的研究進(jìn)展

文檔作者：夏璐1, 2 張博涵1 龔鑄1 鄧啟敏1 文檔來(lái)源： 1.廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2.廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年06月25日
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第5 卷 第10 期 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) Vol. 5 No. 10
2014 年10 月 Journal of Food Safety and Quality Oct. , 2014
基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41461092, 41061044)、廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2012GXNSFAA053017)
Fund: Supported by the National Science Foundation of China (41461092, 41061044) and the Guangxi Natural Science Foundation
(2012GXNSFAA053017)
*通訊作者: 夏璐, 博士, 教授, 主要研究方向?yàn)樗w中重金屬污染物的歸趨、轉(zhuǎn)化及動(dòng)力學(xué)。E-mail: xialugx@163.com
*Corresponding author: XIA Lu, Professor, Ph.D, School of Chemistry and Chemical Engineering, No.188 Daxuedong Road, Nanning 530006,
China. E-mail: xialugx@163.com
端氨基蔗渣纖維素對(duì)水中重金屬離子微污染吸附
的研究進(jìn)展
夏 璐1, 2*, 張博涵1, 龔 鑄1, 鄧啟敏1
(1. 廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 南寧 530006; 2. 廣西林產(chǎn)化學(xué)與工程自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南寧 530006)
摘要: 在重金屬污染日益嚴(yán)重的今天, 重金屬污染的治理已經(jīng)越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。纖維素分子含有大量
的羥基, 但天然纖維素吸附能力并不好, 通過(guò)化學(xué)改性后可成為性能良好的吸附劑。纖維素?zé)o污染、易生物降
解、且來(lái)源廣泛價(jià)格低廉, 對(duì)其研究已成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn), 并已被廣泛應(yīng)用于重金屬污染治理領(lǐng)域。超支化聚
合物大分子作為一類(lèi)制備工藝并不繁瑣且容易得到樹(shù)狀高分子聚合物, 其最大特點(diǎn)就是準(zhǔn)球形的分子結(jié)構(gòu)及
末端官能團(tuán)的可控性, 其研究愈加受到關(guān)注。本文在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上, 提出合成一種含有端氨基超支化合物
結(jié)構(gòu)的蔗渣改性重金屬吸附劑的可行性技術(shù)設(shè)想。
關(guān)鍵詞: 重金屬離子; 吸附; 蔗渣纖維素; 端氨基超支化; 改性
Research progress on preparation of amino-terminated hyperbranched
polymer graft bagasse cellulose and on its adorption properties
of heavy metal ions
XIA Lu1, 2*, ZHANG Bo-Han1, GONG Zhu1, DENG Qi-Min1
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University for Nationalities, Nanning 530006, China;
2. Key Laboratory of Development &amp;amp; Application of Forest Chemicals of Guangxi, Nanning 530006, China)
ABSTRACT: On account of the pollution problems caused by heavy metals becoming more and more serious,
the technology of heavy metal treatment has received more and more attentions in nowadays. As an effective
adsorbent, cellulosic materials were largely developed on industrial purpose being abundant in hydroxyl groups,
but the adsorption ability of natural cellulose was still unsatisfactory for its large numbers of internal and interactive
hydrogen bonds. Therefore, some modifications should be taken on the surface of cellulose molecular.
Because of its unique properties of non-polluting, easily degradable, facile available, and low-cost, modified
cellulose as heavy metal absorbent has already been intensively applied in separating and extracting of heavy
metal ions from aqueous solution in this decade. Known as a type of dendritic polymers, the preparation
processes of hyperbranched polymers are simple, and its torispherical molecular structure and terminal functional
groups are controllable. Hence, the technology and development of these hyperbranched polymers are
becoming more and more popular to current researchers. This paper reviewed the progress and proposed a
3036 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) 第5 卷
feasible idea on synthesis of a containing amino terminated hyperbranched polymer structure of bagasse modification
of heavy metal adsorbent.
KEY WORDS: heavy metal ions; adsorption; bagasse cellulose; amino-termination; hyperbranch
1 引 言
由于水體中殘存的重金屬離子的微污染具有可持久
性, 對(duì)環(huán)境的危害很大。重金屬離子可通過(guò)食物鏈作用最
終進(jìn)入人體, 給健康造成極大的危害。開(kāi)展對(duì)環(huán)境無(wú)污染
的藥劑、無(wú)毒無(wú)害的新型水處理試劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等研究
是目前重金屬污染治理的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
纖維素吸附劑是20 世紀(jì)60 年代發(fā)展起來(lái)的具有重要
工業(yè)用途的吸附劑。近幾年, 研究人員開(kāi)始用改性的天然
高分子纖維素作為吸附材料分離和提取廢水中的重金屬離
子。與一般方法相比, 纖維素?zé)o污染、易生物降解, 且來(lái)源
廣泛價(jià)格低廉。
2 超支化高分子的研究進(jìn)展
21 世紀(jì)初, 國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者引發(fā)了對(duì)樹(shù)枝狀和超支
化聚合物的研究興趣。超支化聚合物以新奇的結(jié)構(gòu)、獨(dú)特
的性能和潛在的應(yīng)用前景, 受到了廣大研究者的重視與青
睞, 被視為21 世紀(jì)聚合物科學(xué)發(fā)展的重要方向, 并已在農(nóng)
藥, 醫(yī)藥、液晶、功能材料、生命科學(xué)、化妝品、涂料、
油漆等領(lǐng)域被廣泛研究及應(yīng)用。
2.1 超支化聚合物
作為樹(shù)枝狀分子現(xiàn)成的替代品, 超支化聚合物具有
十分重要的作用。前者的制備過(guò)程一般都需要多步合成,
而超支化合物有時(shí)則可以通過(guò)一步法得到[1,2]。然而, 要想
得到超支化度為100%的超支化聚合物并使其具有樹(shù)枝狀
分子的特性, 只能通過(guò)合成后的修飾或是采用一些特殊性
能的單體[3-5]。
在分子結(jié)構(gòu)方面, 超支化高聚物分子具有高度支化
的結(jié)構(gòu)特征以及三維空腔的立體結(jié)構(gòu)特性[6]。 在物理化學(xué)
性質(zhì)方面, 作為聚合物, 它具有低粘度、良好的溶解性而且
其末端通常是一些化學(xué)性質(zhì)活潑的官能團(tuán)的特點(diǎn), 這就可
以利用分子設(shè)計(jì)的思想, 通過(guò)相應(yīng)的物理或化學(xué)手段對(duì)其
加以改性: 在聚合物分子中引入相應(yīng)的功能基團(tuán), 從而使
得聚合物獲得了期望的性能。
超支化聚合物大分子作為一類(lèi)制備工藝并不繁瑣且
較易得到的樹(shù)狀高分子聚合物, 最大的突出特點(diǎn)就是其
準(zhǔn)球形的分子結(jié)構(gòu)及其末端官能團(tuán)的可控性, 即對(duì)于超
支化聚合物的末端基團(tuán)的類(lèi)型與數(shù)量都可以人為地設(shè)計(jì)
與控制。
2.2 超支化聚合物的研究方法
現(xiàn)在比較普遍且常用的制備超支化合物的方法依據(jù)
其合成過(guò)程的不同主要分為“收斂法”及“發(fā)散法”兩種。王
學(xué)川等[7]以三羥甲基丙烷作為超支分子的內(nèi)核(見(jiàn)圖1), 首
先通過(guò)“準(zhǔn)一步法”將丙烯酸甲酯與二乙醇胺以一定比例混
合制得超支化聚(胺-酯)(HPAE), 再用乙醛酸與HPAE 經(jīng)催
化接枝, 合成出末端帶有醛基的端醛基超支化聚合物(見(jiàn)
圖2)。
強(qiáng)濤濤等[8]將二乙醇胺和丁二酸酐合成的AB2 型的
單體與三羥甲基丙烷在一定條件下催化酯化合成出三代端
羥基超支化聚(胺-酯), 最后用棕櫚酰氯改性制得超支化聚
(胺-酯)化合物, 作為一種優(yōu)良的超支化表面活性劑。2012
年首先合成端羧基超支化聚合物, 再將其與Al3+絡(luò)合, 制
得一種新型的無(wú)鉻鞣劑 [9]。
任龍芳等[10]以丁二酸酐和二乙烯三胺為原料, 合成
一種端氨基超支化合物NH2-HBP, 然后以戊二醛為交聯(lián)劑,
將 NH2-HBP 接枝在合成革基布上, 制得端氨基超支化改
性革基布。經(jīng)過(guò)其工作小組的研究表明,改性基布的吸水
性、透水汽性等相關(guān)指標(biāo)也有明顯改善。
2.3 端氨基超支化高分子聚合物
由于伯氨基、吡啶類(lèi)化合物等氨基類(lèi)化合物中的氮原
子擁有孤對(duì)電子(尤其是伯氨基的氮原子), 使其具有較強(qiáng)
的供電子能力, 可以有效地螯合吸附水中的金屬陽(yáng)離子達(dá)
到凈化水質(zhì)的目的。同時(shí), 也具有優(yōu)良的吸附水中有害陰
離子的特性。
圖1 單體的合成
Fig. 1 The synthesis process of monomer
第10 期 夏 璐, 等: 端氨基蔗渣纖維素對(duì)水中重金屬離子微污染吸附的研究進(jìn)展 3037
圖2 超支化聚（胺-酯）的分子結(jié)構(gòu)
Fig. 2 The molecular structure of hyperbranched-poly (amine ester)
端氨基超支物分子中含有大量活潑的氨基和亞氨基,
絕大多數(shù)端氨基化合物都是水溶性的, 并且其分子高度支
化, 屬于單分散聚合物, 具有十分典型的聚合陽(yáng)離子特性。
因此, 這類(lèi)聚合物分子及其相應(yīng)的季銨鹽類(lèi)化合物被廣泛
地應(yīng)用在纖維素纖維制品的陽(yáng)離子改性中。例如實(shí)現(xiàn)活性
染料的無(wú)鹽染色[11], 經(jīng)這樣處理后的纖維制品其紫外線(xiàn)的
吸收能力和抗菌性都有極大的改善。張峰等[12]將丙烯酸甲
酯和二亞乙基三胺縮聚合成出一種端氨基超支化聚合物,
并進(jìn)一步將其制備成EPDAT 改性的季銨鹽(HBP-HTC),
然后對(duì)兩種物質(zhì)的熱性能、紫外吸收能力、溶解性和抗菌
性能等進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn), 兩種超支化聚合物的紫外吸收
能力及抗菌性能十分優(yōu)異, 且熱穩(wěn)定性良好, 在水、乙
醇、DMSO 等極性極強(qiáng)的溶劑中的溶解性也比較理想。
麻芳[13]以殼聚糖為原料, 研究了 1.0-3.0 代端氨基超支
化聚酰胺改性殼聚糖(CTS-1.0, CTS-2.0 和 CTS-3.0)對(duì)
Hg2+的吸附性能, 熱力學(xué)研究表明該吸附是自發(fā)吸熱的
化學(xué)吸附過(guò)程。
3 改性纖維素對(duì)重金屬離子的吸附研究
3.1 纖維素改性及吸附性
以纖維素及其衍生物來(lái)制備高吸附材料, 在國(guó)內(nèi)外
生產(chǎn)研究中得到了越來(lái)越多的重視[14-18]。Wang[19]以竹纖維
為原料, 通過(guò)條件溫和的“半干爐法”用檸檬酸對(duì)竹纖維羧
基化, 改性后的竹纖維對(duì)Pb2+的最大吸附量為127.1 mg/g。
孟令芝[20]以脫脂棉為原料, 經(jīng)環(huán)氧化后分別與兩種氨基酸
反應(yīng), 制得了兩種多孔纖維素球氨基酸衍生物, 它們對(duì)
Mg2+的吸附能力極低, 但對(duì)過(guò)渡金屬和重金屬離子, 尤其
是對(duì)有毒的Hg2+有較好的吸附效果, 且隨著 pH 值的增大,
吸附容量增大。王格慧[21]用棉纖維作為原料, 經(jīng)堿化、環(huán)
氧化處理后分別與二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺
反應(yīng), 制得了三種多胺類(lèi)離子螯合劑, 在堿化過(guò)程中采用
的堿濃度為30%, 并研究了其對(duì)Cu2+的吸附與解吸行為。
滕云超[22]也用羧甲基纖維素作原料, 經(jīng) N,N-亞甲基雙丙
烯酰胺交聯(lián), 用過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑, 將丙烯酸單體接枝到
羧甲基纖維素上得到了不溶性接枝羧甲基纖維素衍生物,
并考察了對(duì)Cd2+、Pb2+、Cu2+、Hg2+和Cr3+的吸附性能。
紀(jì)春暖[23]以羧甲基纖維素和乙二胺-甘油環(huán)氧樹(shù)脂為原料,
合成了一種新型弱酸弱堿型蛇籠型螯合樹(shù)脂, 該樹(shù)脂對(duì)
Cu2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+吸附容量可分別達(dá)到1.72、0.43、
0.37、0.13 mmol/g。Moritam[24]以木屑為原料, 用其與偕胺
肟反應(yīng)制備得到偕胺肟型木屑吸附劑, 這種吸附材料可以
提取海水中的金屬鈾。
3038 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) 第5 卷
3.2 吸附機(jī)制的研究
吸附法在深度處理重金屬?gòu)U水方面比目前采用的常
規(guī)中和法有更大的優(yōu)勢(shì)。新型吸附劑的合成、固液體系吸
附理論的發(fā)展與完善都成為現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)。農(nóng)林廢棄
物化學(xué)改性成為處理重金屬吸附劑往往是以軟硬酸堿理論
作為其改性的指導(dǎo)方向, 而利用氨基、羧基等官能團(tuán)吸附
重金屬離子時(shí)是根據(jù)電負(fù)性理論進(jìn)行機(jī)制分析; 表面絡(luò)合
理論也可以解釋水溶液中化合態(tài)的吸附隨pH 值、溶液濃
度和離子強(qiáng)度的變化, 它包括恒定容量理論、雙層理論和
三層理論, 在固液界面吸附研究中得到了廣泛的應(yīng)用, 湯
鴻霄院士[25,26]在這一領(lǐng)域的研究獲得了較大的進(jìn)展。其
他有關(guān)重金屬離子吸附的理論研究表明, 重金屬離子的
吸附基本符合Langmuir 模型和Freundlich 模型。天然植
物秸稈纖維素制備的吸附材料對(duì)金屬銅離子、鎘離子吸附
規(guī)律基本符合 Freundlish 等溫吸附式[27], 螯合樹(shù)脂吸附
Cu2+、Pb2+在不同溫度下與Langmuir 方程呈現(xiàn)很好的擬
合度, 符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型, 吸附速率由顆粒擴(kuò)散和
液膜擴(kuò)散共同控制[28,29]。隨著吸附劑濃度的增大, 平衡吸
附量減少, 同時(shí)吸附的平衡參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化, 許多學(xué)
者在研究不同類(lèi)型的吸附劑處理不同吸附質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中都
發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象[30-32]。
孫國(guó)紅等[33]認(rèn)為鎘在固-液界面的吸附情況是, 鎘離
子從溶液到功能化介孔分子篩表面的遷移傳輸是連續(xù)的物
理和化學(xué)過(guò)程, 并將復(fù)雜的介孔固體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為顆粒集
合體, 用具有物理意義的反應(yīng)界面表述固體反應(yīng)物在固體
顆粒內(nèi)部的分布, 于是建立了顆粒-微粒模型。同樣是對(duì)鎘
的吸附, 聶錦霞等[34]采用谷殼做吸附劑, 吸附過(guò)程符合
Langmuir 吸附模式的準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。殼聚糖分別吸附
Pb2+、Cr6+、Cu2+的機(jī)制各異, 對(duì) Pb2+的吸附行為可用
Freundlich 單分子層機(jī)制解釋, 符合 Lagergen 二級(jí)方程[35];
對(duì)Cr6+的吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合Ho Y S 二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型
[36]; 對(duì)銅離子的吸附符合Langmuir 模型, 吸附過(guò)程動(dòng)力學(xué)
更適合二級(jí)反應(yīng)[37-39]。單一重金屬離子的吸附實(shí)驗(yàn)研究者
較眾, 但對(duì)于同時(shí)能吸附多種重金屬離子的吸附實(shí)驗(yàn), 文
獻(xiàn)報(bào)道較少。對(duì)于混合體系中的吸附等溫模型, 學(xué)者們也
按照單一體系的吸附推導(dǎo)出一些公式, 這些公式包括: 拓
展Langmuir 公式[40], 修正后的拓展Langmuir 公式[41], JS
修正的Langmuir 公式, 拓展 Freundlich 公式, 拓展 Sips 公
式等。本課題組前期也做了混合離子吸附動(dòng)力學(xué)模型的相
關(guān)工作[42]。通常采用最小二乘法來(lái)解決建立方程過(guò)程中的
曲線(xiàn)擬合問(wèn)題, 但用這種方法時(shí),不同條件下各時(shí)間所測(cè)的
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能有空缺, 用動(dòng)態(tài)法研究吸附動(dòng)力學(xué)的過(guò)程中
這種要求很難達(dá)到, 因不同條件下, 能測(cè)出流出液濃度的
起始時(shí)間不同, 達(dá)到吸附平衡的時(shí)間也不同。若用最小二
乘法, 就需要舍棄一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 這樣擬合出的吸附動(dòng)力
學(xué)方程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差較大。樊恒鑫[43]、李爽[44]等先后
提出的采用“多化一”法將多元問(wèn)題轉(zhuǎn)化為若干個(gè)一元問(wèn)題
來(lái)處理, 從而得到符合精度要求的多元經(jīng)驗(yàn)公式, 或用作
圖軟件對(duì)不同濃度的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次作圖, 簡(jiǎn)單易行且準(zhǔn)確
度高[42]。借助計(jì)算機(jī)軟件, 采用更科學(xué)便捷的計(jì)算方法對(duì)
吸附動(dòng)力學(xué)的研究具有重要的意義。
4 蔗渣纖維素改性吸附重金屬的研究
4.1 蔗渣纖維素
蔗渣中除天然纖維素(the natural cellulose fiber, NC)
外, 還含有大量木質(zhì)素和五碳糖、灰分等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)
的存在會(huì)影響到化學(xué)試劑對(duì)纖維素的有效改性, 并可能與
試劑發(fā)生各種復(fù)雜的副反應(yīng), 影響進(jìn)一步的研究工作。同
時(shí), 半纖維素和纖維素微纖維間以氫鍵聯(lián)接, 形成的空間
結(jié)構(gòu)是植物細(xì)胞壁的主體框架, 而木質(zhì)素內(nèi)部除了有強(qiáng)大
的氫鍵連接外, 還與半纖維素通過(guò)共價(jià)鍵形成穩(wěn)定的木質(zhì)
素—碳水化合物復(fù)合體。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征使得其化學(xué)反應(yīng)
性很低, 例如酶解率不到20%[45]。
此外, 天然纖維素超分子結(jié)構(gòu)中存在著大量的晶區(qū)
結(jié)構(gòu), 這些結(jié)晶區(qū)是由纖維素分子中的三個(gè)活潑的羥基
(-OH)互相通過(guò)范德瓦爾茲力形成分子鏈間或分子內(nèi)氫鍵
而構(gòu)成, 這些廣泛存在的氫鍵包覆在纖維素分子表面,
使化學(xué)試劑很難滲透進(jìn)分子內(nèi)部, 極大降低了纖維素分
子活性[46]。
4.2 改性蔗渣纖維素
Mall[47]直接將蔗渣用于水處理中, 但吸附效果不好,
需要改性引入活性基團(tuán)以提高吸附作用[48]。通常有三種方
法對(duì)蔗渣進(jìn)行改性: 物理方法、化學(xué)方法和生物方法。物
理方法作用于蔗渣纖維素其吸附作用非常有限; 生物方法
因缺少合適高效的酶及其高成本而受到限制; 化學(xué)改性方
法, 通過(guò)選擇合適的化學(xué)試劑, 使蔗渣纖維素表面和內(nèi)部
性能均受到有效的改善, 因此, 化學(xué)改性方法得到了廣泛
的應(yīng)用[49]。目前甘蔗渣纖維素的化學(xué)改性主要包括生成纖
維素酯類(lèi)、纖維素醚類(lèi)及改性纖維素的接枝共聚等三類(lèi)。
Abd-Allah 等[50]用琥珀酸酐和氯乙酸對(duì)甘蔗渣進(jìn)行了化學(xué)
改性, 制得了離子吸附劑, 其對(duì) Cu2+、Ni2+、Cr3+、Fe3+等
有較好的吸附能力, 吸附順序?yàn)?Cr3+＞Cu2+≈Fe3+＞Ni2+。
Nada 等[51]用三氯氧磷處理甘蔗渣(也用木材、玉米秸稈等),
制備了含有較高吸附能力的磷酸基團(tuán)陽(yáng)離子吸附劑, 可以
較好地吸附 Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Cr3+、Ni2+等離子。
Mohammad 等[52] 以蔗渣為原料制備的偕胺肟化蔗渣
( Am-B) 對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的親和力, 他們用甘蔗渣作
為原料, 先制備出氰乙基蔗渣, 再將其用羥胺水溶液或氯
化銨水溶液處理, 加熱反應(yīng)制得偕胺肟化蔗渣, 并發(fā)現(xiàn)其
對(duì)Cr3+、Cu2+、Ni2+ 、Pb2+、Hg2+等均有良好的吸附性能。
研究表明 Am-B 在不同條件下對(duì)重金屬離子的吸附順序
第10 期 夏 璐, 等: 端氨基蔗渣纖維素對(duì)水中重金屬離子微污染吸附的研究進(jìn)展 3039
為: Cu2+＞Hg2+＞Cr3+＞Ni2+＞Pb2+, 用 EDTA 可使 Am-B
再生, 并且其吸附效率不會(huì)受到明顯影響。對(duì)蔗渣而言, 一
般溶劑不能破壞其多相結(jié)構(gòu), 反應(yīng)在其表面進(jìn)行, 纖維素
溶劑和一些二元體系溶劑可溶解蔗渣而實(shí)現(xiàn)分子水平上的
接枝;引發(fā)劑濃度對(duì)接枝率的提高有一個(gè)最佳范圍; 接枝
單體用量直接影響接枝率[53]。如衛(wèi)威[54]以漂白蔗渣漿纖維
素為基體, 二乙烯三胺為單體, 硝酸鈰銨為引發(fā)劑, 制備
胺基接枝纖維高效重金屬吸附劑, 結(jié)果表明: 絕干蔗渣纖
維/單體二乙烯三胺 =1:1(m:m), 硝酸鈰銨的用量為 25% ,
溫度為 70 ℃, 時(shí)間為2 h 時(shí)其吸附量可達(dá)12.8 mg/g。梁
英等[55]進(jìn)行了(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷與蔗渣纖維素發(fā)
生硅烷化反應(yīng), 將丙基硫醇基團(tuán)鍵合至蔗渣纖維素, 制備
出丙基硫醇鍵合蔗渣(SBM)，考察了 SBM 對(duì)重金屬離子
Hg2+的吸附性能, 對(duì)水溶液中 Hg2+的飽和吸附量為 12.24
mg/g, 而在相同條件下, 蔗渣纖維素原料對(duì) Hg2+無(wú)吸附,
活性炭的飽和吸附量?jī)H有 3.58 mg/g 。
5 端氨基蔗渣纖維素的分子設(shè)計(jì)思路
由于端氨基超支化合物大多數(shù)是溶于水的, 因此若
直接用作水環(huán)境中金屬離子的吸附, 則吸附后的產(chǎn)物較難
與水體分離且易造成二次污染, 后處理工藝較為復(fù)雜。但
是如果以非水溶性的甘蔗渣為載體, 將合成的超支化合物
接枝在蔗渣纖維素上, 不僅利用了端氨基對(duì)金屬離子優(yōu)良
的“捕捉能力”, 并且吸附產(chǎn)物為固體顆粒, 通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)
濾操作就可以將其與水溶液分離開(kāi)來(lái)。
由于蔗渣纖維素超分子本身有較多鈍化的“晶區(qū)”, 使
得改性試劑難以進(jìn)入分子內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)。即使經(jīng)過(guò)預(yù)處理
破除了部分結(jié)晶區(qū)的堿蔗渣纖維素游離羥基的含量增加了,
但由于纖維素大分子的重復(fù)單元為吡喃環(huán)狀結(jié)構(gòu), 仍有著
較大的空間位阻, 因此欲向其上接枝高分子化合物, 是研
究的難點(diǎn)和需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
在接枝改性前, 首先需要降低蔗渣纖維素分子的空
間位阻, 只有解決了這一困難, 才能使接枝改性成為可
能。選用雙醛蔗渣纖維素作為接枝反應(yīng)的原料, 雙醛蔗渣
纖維素為“非環(huán)結(jié)構(gòu)”, 是“線(xiàn)型分子”, 這樣, 就解決了
“空阻”問(wèn)題。
6 展 望
現(xiàn)有的改性纖維素吸附劑有以下一些不足之處: (1)
吸附效果受環(huán)境pH 值影響較大, 過(guò)酸或過(guò)堿都會(huì)造成纖
維素對(duì)重金屬離子的去除性能的降低。而在實(shí)際應(yīng)用中,
溶液的pH是一比較隨機(jī)的因素, 不易調(diào)節(jié), 從而影響纖維
素吸附劑對(duì)重金屬的去除效果。(2) 吸附后的“脫附”效果
不夠理想。即吸附劑回收再利用率較低。(3) 吸附類(lèi)型單
一。實(shí)際生產(chǎn)中, 廢水中往往既含有帶正電的重金屬陽(yáng)離
子, 又含有顯負(fù)電性的有害有機(jī)廢物; 而現(xiàn)有的改性纖維
素吸附劑大多僅能處理一種電性的有毒物質(zhì), 如僅能吸附
重金屬陽(yáng)離子的陰離子吸附劑和僅能吸附有害有機(jī)物的陽(yáng)
離子吸附劑。
采用纖維素改性技術(shù), 以甘蔗制糖廢棄物蔗渣為原
料, 經(jīng)堿化、氧化處理制備雙醛蔗渣; 用甲基丙烯酸甲
酯、乙二胺制備端氨基超支化合物, 將其接枝到雙醛蔗渣
上, 制備端氨基超支蔗渣纖維素重金屬吸附劑, 并研究將
其處理復(fù)合重金屬?gòu)U水的吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制, 探究
端氨基超支蔗渣纖維素對(duì)重金屬離子的吸附特征, 包括吸
附參數(shù)、吸附熱、吸附類(lèi)型、吸附模型等, 對(duì)處理水體中
重金屬離子的微污染, 以廢治廢, 凈化水環(huán)境, 保護(hù)飲用
水安全, 是一件十分有意義的工作。
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(責(zé)任編輯: 楊翠娜)
作者簡(jiǎn)介
夏 璐, 博士, 教授, 主要研究方向?yàn)?
水體中重金屬污染物的歸趨、轉(zhuǎn)化及動(dòng)力學(xué)。
E-mail: xialugx@163.com

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