植物秸秆改性制备的纤维素黄原酸钙盐吸附特性与工艺优化研究

【摘要】石油、煤炭等矿物资源储量的日益下降以及价格的持续高涨,人们赖以依存的矿物化工产品越来越受到资源的限制,在这样的时代大背景下,生物质资源的利用引起了人们的日益重视。同时,现代工业的迅速发展产生了大量含重金属废水,对环境和人体健康造成严重危害,研究开发成本低廉且性能良好的重金属去除材料具有重要意义。纤维素以其可再生性和丰富的储量以及无毒、可降解性、对环境友好等特点受到全世界研究人员的关注,纤维素或生物质基材料已经成为研究热点。本文研究了包括水生植物凤眼莲在内的6种植物秸秆制备的纤维素黄原酸盐的吸附特性,并重点对纤维素黄原酸盐的制备工艺进行优化,为利用包括凤眼莲在内的秸秆和其它农业废弃物开发高效的生物质基吸附剂提供理论依据；本研究丰富了植物生物质改性理论和方法,对促进富营养化水体中凤眼莲秸秆资源的高值化利用具有重要意义。主要结果如下：(1)所测6种植物原料中,4种陆生植物——甘蔗渣、油菜秆、水稻秆和木屑的纤维素含量高于2种水生植物——凤眼莲和空心莲子草(其中木屑纤维素含量是空心莲子草的2.3倍),但陆生植物制备的纤维素黄原酸钙盐对Cd的吸附量低于水生植物制备的纤维素黄原酸钙盐,体现了水生植物特别是凤眼莲作为生物质吸附剂制备原料的优越性。植物秸秆改性制备的纤维素黄原酸钙盐中S含量与其Cd吸附量呈现正相关(直线相关系数r=0.787(n=6)),表明吸附剂中S元素是吸附重金属的关键元素。(2)凤眼莲纤维素黄原酸钙盐(ECX)对Cd的吸附用Langmuir吸附等温方程拟合比Freundlich方程更适合；ECX对Cd的吸附动力学用准二级动力学方程拟合比用准一级动力学方程更好；ECX对Cd的吸附过程能自发进行,具有很好的吸附效果,且高温有利于吸附进行。(3)碱性条件是纤维素发生黄化反应(酯化反应)的必要条件,在碱性条件下,引入的CS2发生了衍生化反应,其中主反应之一是溶于碱的CS2直接与碱化纤维素反应生成黄原酸钠,但在液相出现的物质都是副反应的产物,碱性越强,副反应越强。这表明在微晶纤维素制备纤维素黄原酸盐过程中,溶液pH对固相吸附剂的成分有着重要影响。(4)在置换反应中,用钙盐(CaCl2)代替常用的镁盐(MgSO4)生成纤维素黄原酸钙盐,并在置换之前调节pH值为11,这样可以有效防止吸附剂产品中产生Mg(OH)2/MgCO3或Ca(OH)2/CaCO3等无机盐沉淀杂质；在NaOH碱化得到碱化纤维素之后增加水洗步骤,这样可以更完全地去除木质素从而有利于提高碱化纤维素的纯度,并有利于后续的置换反应前pH值的调节；在置换反应后,在对纤维素黄原酸钙盐洗涤时,用碱水与酒精混合液代替常用的无机盐与酒精混合液进行洗涤,有效提高了产品中有效成分(纤维素黄原酸钙盐)含量及其对重金属的吸附效果。
【作者】刘雪琴；
【导师】周文兵；朱端卫；
【作者基本信息】华中农业大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】纤维素黄原酸钙盐；凤眼莲；吸附；工艺优化；重金属Cd；

【参考文献】
[1]康海涛.物理冶金多晶硅太阳电池三层氮化硅薄膜的设计及研制[D].内蒙古大学,物理电子学,2014,硕士.
[2]靳敏.生命教育在初中语文教学中的实践[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[3]徐玉钦.大学生志愿服务作为思想政治教育实践方式的有效性研究[D].兰州大学,思想政治教育,2013,硕士.
[4]薛强.“脑神经血管单元”体外模型的成模性研究[D].西南大学,药物分析学,2013,硕士.
[5]范飘.大学科技园企业孵化信息服务平台的设计与实现[D].华南理工大学,软件工程,2012,硕士.
[6]禹伟.车道变换与交通拥挤致因关系的研究[D].西南交通大学,交通工程,2013,硕士.
[7]赵玲玲.我国民营上市公司管理层激励与经营业绩相关性研究[D].辽宁大学,会计学,2012,硕士.
[8]胡金星.碱处理PVDF制备质子交换膜研究[D].湖北大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[9]杜金玲,蔡银涛,张固澜,李陶,刘振亚,付京会.VSP资料在储层预测中的应用[J].石油地球物理勘探,2013,02:268-272+332+159-160.
[10]曹海亮.石墨烯基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究[D].宁波大学,2013.
[11]李可毅.广西网通SCDMA通信网络运营过程研究[D].广西大学,2005.
[12]张艳红.中药汤剂联合火针治疗掌跖脓疱病的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中医外科学（专业学位）,2014,硕士.
[13]张安君.基于Citrix技术的中小企业ASP（应用服务提供商）服务平台构建的研究[D].广西大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[14]郑双.活性炭吸附间硝基苯磺酸钠及其微波紫外无害化再生研究[D].哈尔滨工业大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[15]陈维恒.无线传感器网络异常检测与数据聚类[D].大连理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[16]陈晓东.高性能浇注型聚氨酯弹性体性能与结构形态相关关系的研究[D].华南理工大学,2010.
[17]罗凯凯.序列图像中运动目标跟踪技术研究[D].浙江理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[18]陈建宝.麦麸的挤压膨化加工及其对麦麸主要成分的影响研究[D].浙江工业大学,2008.
[19]李长娟.培养中学生口语交际能力的研究[D].东北师范大学,教育,2003,硕士.
[20]王静.TDP-43与β-淀粉样前体蛋白胞内结构域相互作用并诱导P53依赖的细胞凋亡[D].苏州大学,神经病学,2014,硕士.
[21]鄢宁.YHJY公司人力资源管理体系优化的研究[D].吉林大学,项目管理,2012,硕士.
[22]王广军.基于运动捕捉数据的交互式智能控制与虚拟仿真[D].安庆师范学院,应用数学,2013,硕士.
[23]胡芳.基于ANP的自然灾害应急物流能力评价体系研究[D].吉林大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[24]陆明.长宁区科技综合信息管理系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[25]李晶晶.试验优化设计制备稀土掺杂钼酸盐上转换荧光粉的研究[D].大连海事大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[26]伍莎莎.MP-1微视野计在评价特发性黄斑前膜手术前后视功能变化的作用[D].复旦大学,临床医学（专业学位）,2013,博士.
[27]周春宇.应变Si NMOS器件集约模型研究[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2014,博士.
[28]魏晓曦.拔牙与非拔牙矫治对安氏Ⅰ类患者颌面部软组织正面观的影响[D].吉林大学,口腔医学,2013,硕士.
[29]王振勇.UOE铣边机铣削参数匹配及铣边过程数值模拟[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[30]李琰.分布式发电系统中光伏发电稳定性仿真研究[D].天津大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[31]李立煌.中医治疗男性不育症规律的探讨[D].福建中医药大学,方剂学,2013,硕士.
[32]王仲宵.二量子比特系统对称QuantumDiscord的研究[D].北京交通大学,2014.
[33]王晓伟,胡慧芳,张照锦,程彩萍.边缘裁剪石墨烯纳米带的电子输运性质研究[J].材料导报,2014,10:145-148.
[34]刘变叶.中小企业创业投资的发展掣肘及梭形纾解机制构建[J].金融理论与实践,2015,04:70-74.
[35]杨芳儿,沈涛,郑晓华,郑晋翔,陈占领.脉冲激光沉积CN_x薄膜的微观组织结构表征[J].浙江工业大学学报,2013,04:369-374.
[36]强虹.适宜老年人的城市公共空间环境设计研究[D].西安建筑科技大学,建筑设计及其理论,2004,硕士.
[37]郑超.众线程宽向量体系结构建模与性能分析[D].国防科学技术大学,电子科学与技术,2012,硕士.
[38]王雪燕.我国企业集团内部财务控制的研究[D].西安理工大学,2003.
[39]金莹莹.基于支持家庭的留守儿童照顾与教育对策研究[D].沈阳师范大学,社会工作,2013,硕士.
[40]时硕.蒂姆·波顿电影艺术特色研究[D].河北大学,戏剧与影视学,2014,硕士.
[41]胡雨嘉.提升农村消费市场对经济增长贡献率的策略研究[D].西南大学,政治经济学,2014,硕士.
[42]曾钦猷.厦门D轴承公司营销策略研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[43]高宝祥.不同应激程度危重症患者早期肠内营养达标率差异的研究[D].苏州大学,急诊医学（专业学位）,2013,硕士.
[44]杨帅.核电站辅助系统换热器管子管板胀接工艺研究[D].华东理工大学,化工过程机械,2014,硕士.
[45]张佳.稻壳基二氧化硅材料的制备[D].吉林大学,物理化学,2014,硕士.
[46]胡荣华.离散时间风险模型的破产概率及数值模拟[D].安徽工程大学,应用数学,2012,硕士.
[47]汪炳柱,王硕儒.神经网络法在测井曲线对比中的应用[J].石油地球物理勘探,1994,S1:80-85+173.
[48]王娜.费菜多糖的提取及分离纯化研究[D].华侨大学,生物学,2013,硕士.
[49]苏有华.基于主S-N曲线法的典型钢桥焊接节点疲劳寿命评估[D].兰州理工大学,结构工程,2014,硕士.
[50]陈健.聚酰胺多胺环氧氯丙烷接枝功能性单体的合成与应用研究[D].广西大学,化学工艺,2014,博士.