檸檬酸改性糠醛渣的制備

王 昕，邢 琦，任廣軍

（沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159）

改性纖維素吸附劑是運(yùn)用化學(xué)、物理方法對含有豐富纖維素的物質(zhì)加工處理，使之成為一類具有較高吸附性能的高分子材料。纖維素在地球上是最為豐富的天然的高分子材料，來源非常廣泛，如麻、棉花、木屑、大豆殼、谷殼、鋸屑、秸稈、稻殼等等，纖維素就是主要成分[1-3]，這些農(nóng)作物在中國大部被廢棄并未得到有效利用，既污染環(huán)境又造成浪費(fèi)[4-6]。如果將這些資源加以利用的話，就可以變廢為寶，提高了該物質(zhì)本身的經(jīng)濟(jì)效益，同時，對保護(hù)環(huán)境和資源的再利用大有裨益。如Gong等[7]將稻草用檸檬酸進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)，制備出改性稻草吸附劑吸附亞甲基藍(lán)染料，具有很好吸附效果。本試驗(yàn)采用糠醛渣為吸附劑，以檸檬酸作為改性劑，制備了改性糠醛渣吸附劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

101型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱;FW200高速中藥粉碎機(jī); SHA-B水浴恒溫振蕩器VIS-723型可見分光光度計。

試劑為亞甲基藍(lán).氫氧化鈉,檸檬酸，異丙醇等，均為分析純。

1.2 糠醛渣的改性

首先，將糠醛渣用清水浸泡后再用蒸餾水洗滌，烘干至恒重。將處理好的糠醛渣用研缽粉碎，用20%的異丙醇對粉碎的糠醛渣進(jìn)行浸泡，攪拌24 h，抽濾，水清洗至無色，抽濾后，將樣品置于干燥箱中，在80 ℃烘干24 h。之后加入20%的NaOH 溶液，攪拌1 h，室溫下抽濾后，再加入蒸餾水?dāng)嚢?5 min，在室溫下抽濾后，將樣品放入 80 ℃干燥箱中烘干24 h，然后將上述糠醛渣浸入一定濃度的檸檬酸溶液中，在25 ℃下攪拌1 h，抽濾，在室溫下水洗抽濾后，在80 ℃烘干箱中烘干24 h[1]。得到檸檬酸改性糠醛渣吸附劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)時間對改性糠醛渣吸附性能的影響

反應(yīng)溫度為80 ℃；檸檬酸質(zhì)量濃度為100 g/L；糠醛渣與檸檬酸的質(zhì)量比為1︰3；只調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，反應(yīng)時間調(diào)節(jié)范圍為10～120 min，分批進(jìn)行亞甲基藍(lán)吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)時間的影響Fig.1 Effect of reaction time on adsorption

由圖1可以看出，在反應(yīng)初期，隨著反應(yīng)時間的增加，檸檬酸改性糠醛渣對亞甲基藍(lán)的吸附去除率逐漸增大,反應(yīng)時間為60 min時對亞甲基藍(lán)的吸附去除率達(dá)到 97.3%。之后隨著反應(yīng)時間的增加，檸檬酸改性糠醛渣對亞甲基藍(lán)的吸附去除率領(lǐng)略有下降，故確定檸檬酸與糠醛渣之間的反應(yīng)時間取60 min為宜。

2.2 反應(yīng)溫度對改性糠醛渣吸附性能的影響

反應(yīng)時間為60 min,檸檬酸質(zhì)量濃度為100 g/L；糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比為1︰3,只調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，在水浴鍋中加熱，分批進(jìn)行亞甲基藍(lán)吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 反應(yīng)溫度的影響Fig.2 Effect of the reaction temperature

由圖2可以看出，用檸檬酸對糠醛渣進(jìn)行改性時，反應(yīng)溫度對改性糠醛渣的吸附性能有一定的影響，當(dāng)采用 80 ℃的溫度對糠醛渣進(jìn)行改性時，得到的檸檬酸改性糠醛渣的吸附性能最好，其對亞甲基藍(lán)的吸附去除率達(dá)到最大值，當(dāng)反應(yīng)溫度低于或高于 80 ℃時，其得到的改性糠醛渣的吸附性能均有下降。故用檸檬酸對糠醛渣進(jìn)行改性時的反應(yīng)溫度取80 ℃為宜。

2.3 檸檬酸濃度對改性糠醛渣吸附性能的影響

反應(yīng)時間為60 min，反應(yīng)溫度為80 ℃，糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比為1︰3，只調(diào)節(jié)檸檬酸質(zhì)量濃度，分別配制質(zhì)量濃度為 20，50，80，100，200，400 g/L的檸檬酸溶液，分批進(jìn)行亞甲基藍(lán)吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 檸檬酸質(zhì)量濃度影響Fig.3 Effect of the reaction concentration

由圖3可以看出，采用檸檬酸對糠醛渣進(jìn)行改性時，所用檸檬酸的質(zhì)量濃度存在一個最佳值，即當(dāng)所用檸檬酸的質(zhì)量濃度為100 g/L時，所得到的檸檬酸改性糠醛渣的吸附性能最佳，對亞甲基藍(lán)的吸附去除率逐客達(dá) 97.8%，當(dāng)所用檸檬酸的質(zhì)量濃度低于或高于100 g/L時，所得到的檸檬酸改性糠醛渣的吸附性能均有下降，故檸檬酸質(zhì)量濃度取100 g/L為宜。

2.4 糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比對改性糠醛渣吸附性能的影響

反應(yīng)時間為60 min，反應(yīng)溫度為80 ℃，檸檬酸質(zhì)量濃度為100 g/L，糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比的范圍為1︰1～1︰6，分批進(jìn)行亞甲基藍(lán)的吸附實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比的增加，獲得的檸檬酸改性糠醛渣的吸附性能先增加后減少，當(dāng)改性時糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比為1︰3時，檸檬酸改性糠醛渣的吸附性能最佳，對亞甲基藍(lán)的吸附去除率達(dá)到最大值 98.2%。因此，糠醛渣與檸檬酸質(zhì)量比為1︰3的比值為宜。

圖4 固液比的影響Fig.4 Effect of solid-to-liquid ratio

3 結(jié) 論

利用檸檬酸對分別用異丙醇和氫氧化鈉處理后的糠醛渣進(jìn)行改性，得到了檸檬酸改性糠醛渣。當(dāng)檸檬酸改性糠醛渣時的反應(yīng)時間為60 min，反應(yīng)溫度為80 ℃，檸檬酸質(zhì)量濃度為100 g/L，固液比為1︰3時，獲得的改性糠醛渣吸附性能最佳，對水中亞甲基藍(lán)的吸附去除率可達(dá)到98.2%。

［1］陳麗華.改性纖維素吸附劑的制備及其對重金屬離子的吸附[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2009(12):6.

［2］趙秀清. 改性纖維素吸附劑對重金屬離子的吸收[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(11):131.

［3］高曉榮. 糠醛渣與改性糠醛渣的制備、表征及吸附特性研究[D]. 沈陽：沈陽理工大學(xué)，2009.

［4］馮利，陳中蘭，王成.環(huán)氧小麥秸稈纖維素球的制備與表征[J]. 纖維素科學(xué)與技術(shù),2009(12): 2-5.

［5］高潔, 湯烈貴. 纖維素科學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1999.

［6］尹小紅. 農(nóng)產(chǎn)品廢棄物纖維素陰離子交換劑的制備和應(yīng)用[D]. 西安: 西北大學(xué), 2002.

［7］Gong R ,Zhong K ,Hu Y,et al. Thermochcmical esterifyingcitric acid onto lignocellulose for enhancing methylene bluesorption capacity of rice straw [J]. Journal of Environmental Management,2008,88(4):875-880.