木質(zhì)素季銨化改性及其吸附性能研究.pdf

1、木質(zhì)素是唯一一種可再生的芳香族化合物，由于廉價無毒，而具有開發(fā)利用的潛力和價值。目前，木質(zhì)素這一天然可再生資源并沒有得到充分利用，而是排放或者燃燒掉，這在一定程度上不僅造成資源浪費(fèi)，而且還導(dǎo)致環(huán)境污染問題。因此如何充分高值化利用這一天然高分子化合物具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。本文從木質(zhì)素高值化利用角度出發(fā)，討論了四種木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑的制備方法及其合成機(jī)理，并對吸附劑物化性質(zhì)和吸附性能做了詳細(xì)討論。
　　首先以有機(jī)木質(zhì)

2、素作為基質(zhì)，并分別在DMF溶液和NaOH水溶液中制備木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑。
　　在 DMF溶液中以吡啶作為催化劑制備木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑（D-LQA），并對其合成機(jī)理進(jìn)行探討與分析。設(shè)計L9正交試驗(yàn)，尋找最優(yōu)合成條件為木質(zhì)素:吡啶:三乙胺=2g:3mL:12mL，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)溫度為70℃，反應(yīng)時間是7h，產(chǎn)率為188.6％，硝酸鹽去除率為91.2%，并驗(yàn)證反應(yīng)溫度為最主要影響因素。
　　NaOH水溶液不僅環(huán)境友好

3、而且具有很好的經(jīng)濟(jì)性,我們在NaOH水溶液中，且沒有催化劑存在條件下制備木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑（CS-LQA），并對其合成機(jī)理進(jìn)行探討與分析。討論NaOH水溶液濃度對整個有機(jī)合成反應(yīng)的影響，并對其產(chǎn)率做了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)NaOH水溶液濃度為6mol/L時，CS-LQA吸附劑的產(chǎn)率和吸附容量分別為123.6%和38.3mg/g。
　　通過現(xiàn)代分析檢測手段對D-LQA和CS-LQA物化特性進(jìn)行表征。通過31P-NMR分析知木

4、質(zhì)素羥基總量為6.67mol/(kg木質(zhì)素)，羥基木質(zhì)素轉(zhuǎn)化率最高為21.9％左右。通過紅外光譜（FTIR）和電位分析知，D-LQA和CS-LQA結(jié)構(gòu)中含有大量的帶正電荷的季銨基團(tuán)。對D-LQA和CS-LQA吸附性能進(jìn)行測試，并分別討論了吸附熱力學(xué)特點(diǎn)和吸附動力學(xué)特點(diǎn)。D-LQA吸附容量（74.53mg/g）高出現(xiàn)在市售吸附劑，CS-LQA吸附容量（38.3mg/g）處于市售吸附劑吸附容量平均水平，而且由于其制備工藝簡單，且環(huán)保無毒，有

5、良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境性效益，均具有可替代市售產(chǎn)品的潛力。
　　最后討論了其他兩種不同木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑的制備方法及其機(jī)理。方法一，在乙醇溶劑中，高氯酸作為催化劑的酸性條件下合成木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑。同時對原料木素種類以及對溶劑的種類進(jìn)行了分析與討論，結(jié)果顯示利用針葉木堿木素和乙醇溶液效果更好；方法二，是在DMF有機(jī)溶劑中，經(jīng)亞硫酰氯氯化后合成木質(zhì)素基季銨鹽型陰離子吸附劑。
　　我們將兩種方法所得產(chǎn)品分別對硫酸