论文部分内容阅读
近年来,现代城市化的步伐不断加快,随之产生的环境问题使人类付出了巨大的代价,尤其是水污染问题变得越来越突出。其中,重金属污染是对人类日常生活威胁最大的水污染之一。重金属的特点包括毒性大、容易富集于动植物体内、不易被降解等,经过扩散、转移后能通过食物链慢慢积累进人体,往往导致人体健康受到毁灭性伤害。因此,重金属污染问题目前已经成为环境保护的突出问题。生物吸附法解决重金属污染具有吸附效果好、实施成本低、选择性高等优点,具有广阔的应用前景。本论文以我国常见的农林废弃物柚皮为原料,利用化学分离方法提取其中所含有的纤维素,研究NaOH浓度、H2O2浓度、反应温度、反应时间等提取条件对纤维素含量的影响,并采用响应面分析法（RSM法）在单因素实验结果的基础上设计17组实验方案,利用回归方程分析得到最佳提取工艺,并通过SEM、FT-IR、XRD等分析手段对柚皮纤维素的表面形态、官能团以及结晶度进行表征分析。由单因素实验结果可知,在NaOH浓度、反应温度、H2O2浓度、反应时间分别为8%、30℃、8%、120min的实验条件下,纤维素含量达到最高;响应面法分析得到的柚皮纤维素最佳提取工艺为NaOH浓度8%,反应温度34℃,反应时间124min,验证实验结果为62.06%。FT-IR和XRD分析从柚皮纤维素的官能团、结构、晶型等角度,进一步定性了被检测物主要含有纤维素。由SEM的分析结果可以发现,柚皮纤维素的长链没有遭到破坏,且表面较为光滑,形状变化不显著。随后将柚皮纤维素酸解制备得到柚皮微晶纤维素,再采用ATRP法在其表面接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）单体,并通过开环聚合引入氨基,研究接枝时间和氨化时间分别对接枝率和Cu（Ⅱ）吸附量的影响,并通过SEM、FT-IR、XPS等分析手段进行表征。结果表明:以氨化柚皮微晶纤维素对Cu（Ⅱ）的吸附量和GMA接枝到柚皮微晶纤维素表面的接枝率大小为依据,得到最佳ATRP反应时间为2.5h,最佳氨化反应时间为64h。由SEM、FT-IR和XPS表征从柚皮微晶纤维素的表面形貌、官能团、元素、化学键等角度,进一步证明了利用ATRP法在其表面成功接枝了GMA单体,并成功引入了氨基,从而为Cu（Ⅱ）的吸附提供了大量位点。研究氨化柚皮微晶纤维素吸附剂分别对Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附动力学、吸附等温线以及pH和ATRP反应时间对吸附量产生的影响。由上述实验数据及处理可以得到以下结论:改性柚皮微晶纤维素对Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附平衡时间分别为7h和3h;氨化吸附剂对Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附过程与Langmuir模型（R2=0.9934、0.9736）拟合之后结果更接近,最大吸附量分别为2.52mmol/g和1.46mmol/g,比目前文献中报道的大多数吸附剂的吸附量都高。当溶液pH为2.53时,氨化吸附剂对Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）几乎没有吸附效果,随后吸附量随着pH的升高而快速增大,当pH大于5.5时,含有两种重金属离子的溶液会产生氢氧化物沉淀,最佳pH值为55.5。氨化吸附剂的吸附量随着ATRP反应时间快速增加,并在2.5h时达到平衡。