微晶纖維素氧化改性動(dòng)力學(xué)及其產(chǎn)物對Ag+的吸附性能研究.pdf

1、微晶纖維素(MCC)具有比表面積大、結(jié)晶度高、寬度均勻等特性，同時(shí)也存在吸附性能弱、溶解性差的缺點(diǎn)。在微晶纖維素上氧化改性引入羧基，可以提高微晶纖維素的溶解性和吸附性能。纖維素基銀復(fù)合材料兼具了纖維素的力學(xué)性能和銀的抗菌性等優(yōu)點(diǎn)，在生物組織、催化氧化和介電材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文首先用2，2，6，6-四甲基哌啶-1-自由基(TEMPO)/NaClO/NaClO2體系對微晶纖維素進(jìn)行羧基化改性，研究其反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)，并探討了氧

2、化產(chǎn)物對Ag+的吸附性能。其具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　以微晶纖維素為原料，用TEMPO/NaClO/NaClO2體系在弱酸性條件下對其進(jìn)行氧化改性，同時(shí)研究了時(shí)間、溫度、TEMPO用量、NaClO用量和NaClO2用量五個(gè)因素對纖維上羧基含量的影響，得出較為適合的反應(yīng)條件是:時(shí)間24h、溫度50℃、TEMPO用量0.2mmol/g、NaClO用量10mmol/g和NaClO2用量20-25mmol/g。通過傅立葉紅外變換光譜(

3、FTIR)圖譜分析，氧化后的微晶纖維素上出現(xiàn)羧酸鈉鹽的吸收峰，并隨氧化時(shí)間的延長而增強(qiáng)，說明氧化反應(yīng)在微晶纖維素上引入了羧基，反應(yīng)時(shí)間對纖維素上羧基的生成具有一定的影響。熱重分析(TGA)表明氧化后的微晶纖維素的起始降解溫度、最大降解溫度和降解平衡溫度都有提前，說明氧化反應(yīng)使微晶纖維素的熱穩(wěn)定性降低;相比于氧化前的微晶纖維素，氧化后的微晶纖維素樣品殘余保持量增加，這說明氧化后的產(chǎn)物上帶有的羧酸鈉鹽。固相核磁共振譜儀碳譜(13C-NMR)

4、譜圖分析說明，氧化后的微晶纖維素分子上，部分C6上的伯羥基被氧化成羧基。
　　根據(jù)TEMPO/NaClO/NaClO2體系對微晶纖維素的氧化和降解作用，構(gòu)建了TEM PO/NaClO/NaClO2體系氧化微晶纖維素的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，并用實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行擬合，擬合優(yōu)度都在0.97以上。通過X射線衍射儀(XRD)檢測分析發(fā)現(xiàn):隨著反應(yīng)的進(jìn)行，微晶纖維素的結(jié)晶指數(shù)有輕微上升趨勢，而(002)晶面的晶粒尺寸呈下降趨勢。由此說明氧化反應(yīng)對微晶纖維

5、素的非結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)的表面具有降解作用。通過聚合度測定分析，發(fā)現(xiàn)微晶纖維素的聚合度在反應(yīng)初期下降較快，而后趨于平緩;另外，聚合度值還受反應(yīng)溫度的影響。從掃描電鏡(SEM)圖分析可知，微晶纖維素在TEMPO/NaClO/NaClO2體系的氧化過程中，其超分子結(jié)構(gòu)受到一定的破壞。
　　通過分析溶液pH和吸附時(shí)間對改性微晶纖維素對Ag+吸附量的影響，比較合適的吸附條件是:吸附時(shí)間10h，溶液pH7.0。分別采用準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型對

6、吸附過程進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)方程更符合吸附過程，說明改性微晶纖維素對Ag+的吸附過程是化學(xué)吸附過程;通過吸附等溫線分析可知，改性微晶纖維素對Ag+的吸附更符合Langmuir模型;通過熱力學(xué)計(jì)算分析得知吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的(△G＜0)。通過能譜儀(EDS)譜圖和FTIR譜圖分析，證明氧化微晶纖維素對Ag+的吸附過程主要是改性纖維素上羧酸鈉鹽中的Na+和溶液中Ag+交換的過程。通過分析TGA曲線，發(fā)現(xiàn)銀元素在改性微晶纖維素的熱降解起