親水型絲瓜絡(luò)基材料的制備及其性能研究.pdf

1、近年來(lái)，重金屬離子污染嚴(yán)重威脅人類的生態(tài)環(huán)境和健康水平。在眾多處理方法中，利用吸附劑吸附是最有效去除水體中重金屬離子的一種方法。本論文以天然材料絲瓜絡(luò)為研究對(duì)象，利用其富含纖維素和多孔的特點(diǎn)，采用氧化還原引發(fā)體系，成功在絲瓜絡(luò)上接枝聚合，得到親水型絲瓜絡(luò)。深入研究了反應(yīng)條件對(duì)吸水性能和吸附重金屬離子性能的影響，篩選出優(yōu)化的制備條件，得到性能優(yōu)良的吸水/吸附材料，為其在相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　首先，采用氫氧化鈉溶液處理初始

2、絲瓜絡(luò)可有效去除其表面的木質(zhì)素和半纖維素，通過(guò)對(duì)堿液濃度（0-10mol/L）、堿化溫度（0-100℃）和堿化時(shí)間（0-24h）的研究，篩選出較優(yōu)化的堿化處理?xiàng)l件，即CNaOH=1mol/L,12h,50oC。該處理過(guò)程是下一步成功進(jìn)行接枝聚合的基礎(chǔ)。
　　研究了[Ce]/[OH]和[AM]/[OH]比例、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)絲瓜絡(luò)接枝聚丙烯酰胺的接枝率（GP）和接枝效率（GE）的影響，發(fā)現(xiàn)隨[Ce]/[OH]比例的增加，GP和G

3、E先增加后下降，一般來(lái)說(shuō)，增加鈰鹽比例會(huì)提高接枝位點(diǎn)的數(shù)目，但在沒(méi)有足夠的硝酸時(shí)，高的[Ce]/[OH]投料比會(huì)導(dǎo)致鈰鹽引發(fā)劑的水解，減少接枝位點(diǎn)。而且，自由基氧化終止反應(yīng)將占主導(dǎo)，競(jìng)聚反應(yīng)更傾向于形成均聚物。增加[AM]/[OH]比例，即增加體系單體含量，也就增加了單體在接枝位點(diǎn)接觸幾率，促進(jìn)了接枝反應(yīng)的進(jìn)行。但是同時(shí)，高的[AM]/[OH]投料比也會(huì)增大均聚反應(yīng)幾率，使其占主導(dǎo)地位，即丙烯酰胺更容易形成均聚物；而且隨著接枝聚合反應(yīng)的

4、進(jìn)行，體系粘度也會(huì)增加，阻礙了自由基的運(yùn)動(dòng)，降低了丙烯酰胺分子從水溶液相到絲瓜絡(luò)接枝位點(diǎn)的擴(kuò)散。而且鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)的可能性增加。因此，在高的[AM]/[OH]投料比下，GP和GE呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。隨反應(yīng)溫度增加，GP和GE先增加后急劇下降。這是因?yàn)殁孄}的分解速率隨著溫度上升而增加，在絲瓜絡(luò)表面上產(chǎn)生了更多的接枝位點(diǎn)引發(fā)接枝聚合，同時(shí)單體分子從水相擴(kuò)散到活性位點(diǎn)的擴(kuò)散速率也在增加。但高于25℃，更易引起鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，并且增加了均聚

5、反應(yīng)的競(jìng)聚率，導(dǎo)致GP和GE急劇下降。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，GP和GE逐漸增加，到24h以后都保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。
　　接枝聚丙烯酰胺的絲瓜絡(luò)在堿性條件下水解，得到親水型絲瓜絡(luò)(luffa-g-(PAM-co-PAANa))，水解度約為21％。初始、堿化、接枝和水解后絲瓜絡(luò)都表現(xiàn)出快速吸水動(dòng)力學(xué)過(guò)程，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程適于描述該動(dòng)力學(xué)過(guò)程。親水型絲瓜絡(luò)表現(xiàn)出高的飽和吸水量，可達(dá)75g·g-1，主要源于水解樣品的聚合物鏈上COO-離子間

6、的相互靜電排斥作用。
　　研究了親水型絲瓜絡(luò)對(duì)水體中重金屬離子Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附行為，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程適于描述親水型絲瓜絡(luò)吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程，飽和吸附量隨著接枝率增加而增加。在單離子體系，對(duì)Cu2+和Pb2+的最大飽和吸附量分別為647mg·g-1和887mg·g-1。采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，親水型絲瓜絡(luò)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附為單層吸附。8次吸附-解吸附循環(huán)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飽和吸