陰離子木聚糖的制備及其在印染廢水處理中的應(yīng)用.pdf

1、半纖維素是植物細(xì)胞壁中僅次于纖維素的可再生生物資源，如何有效地增值利用好半纖維素已成為衡量生物質(zhì)精煉可行性的重要因素。當(dāng)前，制漿造紙工業(yè)面臨著能源緊張、環(huán)境壓力大、技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)等難題。將傳統(tǒng)的制漿造紙工業(yè)與現(xiàn)代的生物質(zhì)精煉相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)半纖維素的高值化利用，對(duì)于進(jìn)一步拓展造紙工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、高效利用木質(zhì)纖維資源以及提高造紙行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。本文以木聚糖為原料，通過三種不同的化學(xué)改性方法使木聚糖接枝上陰離子官能團(tuán)，并探討了改性后的

2、陰離子木聚糖對(duì)模擬印染廢水的脫色效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以山毛櫸木聚糖為原料，以氯磺酸作酯化劑，DMF作溶劑，LiCl作催化劑，采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)合成了陰離子型木聚糖硫酸酯，同時(shí)探討了木聚糖的硫酸酯化反應(yīng)機(jī)理。以陰離子型木聚糖硫酸酯的取代度為參數(shù)優(yōu)化了最佳工藝條件，通過電荷滴定技術(shù)、TGA、FTIR、1H-NMR和SEM等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)木聚糖及其硫酸酯的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)進(jìn)行了表征。同時(shí)，樺木木聚糖以氯乙酸鈉為

3、醚化劑在堿性條件下進(jìn)行羧甲基化改性，以陰離子型羧甲基木聚糖的取代度及電荷密度為參數(shù)優(yōu)化確定了最佳的改性工藝條件。通過元素分析， FTIR，13C-NMR，TGA，SEM等分析手段對(duì)陰離子型羧甲基木聚糖進(jìn)行了表征。此外，樺木木聚糖以三偏磷酸鈉（STMP）為磷化劑在堿性條件下進(jìn)行磷酸化改性，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定磷酸根含量，利用電荷滴定、FTIR、TGA和SEM等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)木聚糖及陰離子型磷酸化木聚糖進(jìn)行物理化學(xué)性質(zhì)表征。最后以三種合成

4、的陰離子木聚糖為絮凝劑研究了其對(duì)模擬印染廢水的脫色效果，并詳細(xì)探討了三種陰離子木聚糖濃度、印染廢水濃度、pH及無(wú)機(jī)鹽等影響因素對(duì)脫色效果的影響以及脫色機(jī)理。⑵陰離子型木聚糖硫酸酯的取代度最高為1.11，同時(shí)其電荷密度為-3.12 mmol/g時(shí)工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間7 h，反應(yīng)溫度70℃，氯磺酸與木糖單元摩爾比3.71：1。由FTIR分析可知，810 cm-1和1250 cm-1附近的特征吸收峰，分別由硫酸基團(tuán)的S=O和C－O－S伸縮振動(dòng)

5、產(chǎn)生。從1H-NMR譜分析中可知，陰離子型木聚糖硫酸酯較木聚糖的波峰位移發(fā)生改變，證明了硫酸基團(tuán)的存在。陰離子型羧甲基木聚糖的取代度最高值為0.95，同時(shí)其電荷密度為-4.57 mmol/g，其工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間3 h，反應(yīng)溫度60℃，n（木聚糖）:n（NaOH）:n（SCA）摩爾比1:5:4。由紅外光譜分析可知，在1324、1418和1605 cm-1附近的三個(gè)特征吸收峰，均為羧酸基團(tuán)伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。從13C-NMR譜分析中可知，δ7

6、0.8處的波峰是由陰離子型羧甲基木聚糖中的CH2所引起，δ177.6處的波峰由羧基中的羰基所引起。研究可知，陰離子型磷酸化木聚糖合成的最佳條件為：反應(yīng)溫度80℃，pH值為9， n（木聚糖）:n（STMP）的摩爾比1:3，在反應(yīng)4 h的條件下，陰離子型磷酸化木聚糖的磷酸根接枝率最高為11.94％，同時(shí)其電荷密度為-3.85 mmol/g。由FTIR分析可知，1106和1293cm-1附近的兩個(gè)特征吸收峰，均為磷酸根伸縮振動(dòng)產(chǎn)生。⑶陰離子木

7、聚糖用于處理印染廢水研究表明，溫度為40℃，攪拌時(shí)間為40 min，印染廢水濃度40 mg/L，當(dāng)反應(yīng)pH為9時(shí)，陰離子型木聚糖硫酸酯，陰離子型羧甲基木聚糖和陰離子型磷酸化木聚糖濃度分別達(dá)到140 mg/L，100 mg/L和120 mg/L時(shí)，模擬印染廢水最佳脫色效果能達(dá)到97％左右。隨著印染廢水濃度的增加，想要達(dá)到相同的脫色效果，所需的陰離子木聚糖的濃度也逐漸增加，消耗陰離子木聚糖的濃度和印染廢水的濃度呈正相關(guān)。通過三種陰離子木聚糖