親水型絲瓜絡基材料的制備及其性能研究.pdf

1、近年來，重金屬離子污染嚴重威脅人類的生態(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為研究對象，利用其富含纖維素和多孔的特點，采用氧化還原引發(fā)體系，成功在絲瓜絡上接枝聚合，得到親水型絲瓜絡。深入研究了反應條件對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)域的廣泛應用奠定基礎。
　　首先，采用氫氧化鈉溶液處理初始

2、絲瓜絡可有效去除其表面的木質(zhì)素和半纖維素，通過對堿液濃度（0-10mol/L）、堿化溫度（0-100℃）和堿化時間（0-24h）的研究，篩選出較優(yōu)化的堿化處理條件，即CNaOH=1mol/L,12h,50oC。該處理過程是下一步成功進行接枝聚合的基礎。
　　研究了[Ce]/[OH]和[AM]/[OH]比例、反應溫度和反應時間對絲瓜絡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，一般來說，增加鈰鹽比例會提高接枝位點的數(shù)目，但在沒有足夠的硝酸時，高的[Ce]/[OH]投料比會導致鈰鹽引發(fā)劑的水解，減少接枝位點。而且，自由基氧化終止反應將占主導，競聚反應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接觸幾率，促進了接枝反應的進行。但是同時，高的[AM]/[OH]投料比也會增大均聚反應幾率，使其占主導地位，即丙烯酰胺更容易形成均聚物；而且隨著接枝聚合反應的

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

5、反應的競聚率，導致GP和GE急劇下降。延長反應時間，GP和GE逐漸增加，到24h以后都保持在一個相對穩(wěn)定的水平。
　　接枝聚丙烯酰胺的絲瓜絡在堿性條件下水解，得到親水型絲瓜絡(luffa-g-(PAM-co-PAANa))，水解度約為21％。初始、堿化、接枝和水解后絲瓜絡都表現(xiàn)出快速吸水動力學過程，準二級動力學方程適于描述該動力學過程。親水型絲瓜絡表現(xiàn)出高的飽和吸水量，可達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對水體中重金屬離子Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附行為，準二級動力學方程適于描述親水型絲瓜絡吸附動力學過程，飽和吸附量隨著接枝率增加而增加。在單離子體系，對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驗數(shù)據(jù)表明，親水型絲瓜絡對Cu2+和Pb2+的吸附為單層吸附。8次吸附-解吸附循環(huán)實驗發(fā)現(xiàn)，飽和吸