纤维素/海藻酸共混材料的制备及应用

论文摘要

当今,资源的日益短缺以及非降解高分子材料造成的环境污染日益严重,寻找和开发廉价、可降解高分子材料已迫在眉睫。纤维素和海藻酸钠是两种引人关注的高分子材料,具有资源丰富、生物相容性、生物可降解性、易衍生化等优点。然而,纤维素分子链上大量的分子内和分子间氢键使其不易在普通溶剂中溶解,而且传统溶剂对环境污染严重,限制了纤维素的应用；海藻酸钠在渗透汽化和废水处理等方面有潜在的应用价值。然而,海藻酸钠的强亲水性常常使其制备的功能材料在水溶液中失去作用,大大降低了使用范围。本论文采用廉价、无污染的NaOH/尿素溶剂体系制备功能性膜材料和微球材料,并研究其应用价值。主要内容和结论如下：以7 wt%NaOH/12 wt%尿素水溶液作为溶剂在低温下溶解纤维素、室温下溶解海藻酸钠,制备出一系列钙交联的纤维素／海藻酸再生共混膜。采用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、热失重分析（TG）、拉力测试等表征方法研究它们的形态结构和性能；通过渗透汽化技术研究共混膜对己内酰胺／水混合溶液的分离特征。研究结果表明,共混膜表面呈现一种均匀的网孔结构,具有良好的力学性能和热稳定性。渗透汽化结果表明,共混膜能有效分离己内酰胺（CPL）/水混合溶液,其中海藻酸钠含量为20 wt%的共混膜具有最大的渗透通量和较高的分离因子。通过纤维素、海藻酸钠溶液共混制得纤维素／海藻酸钠的共混溶液,采用溶胶-凝胶转相法成功制备了纤维素／海藻酸未交联共混微球（Ai）。共混微球经戊二醛交联制备了交联共混微球（GAi）,并研究了两种微球的理化性质。同时,以亚甲基蓝（MB）水溶液为模型,研究交联微球对亚甲基蓝的吸附作用。探讨了吸附时间、初始染料浓度、微球计量、温度、pH值等因素对吸附容量的影响以及微球的再生性能,并初步解释了亚甲基蓝在微球上的吸附机理。结果表明,微球具有多孔结构、较大的表面积以及均匀的粒度分布。它们对MB具有较高的吸附容量、较快的吸附速率,24 h内便可达到吸附平衡。温度对吸附量的影响不明显,染料的初始浓度、微球计量、pH值对其影响显著。微球在酸性溶液中具有较强的再生功能,能够重复使用。因此这种微球在工业废水处理方面具有应用前景。总之,通过绿色工艺制备的纤维素／海藻酸共混膜和微球能够有效用于渗透汽化和废水的处理,是一种廉价、环保的化工产品。本论文为拓展海藻酸钠的功能价值提供了重要数据,且符合国家的持续发展战略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 纤维素的分子结构及溶剂体系
• 1.1.1 纤维素的分子结构和特性
• 1.1.2 纤维素的溶解原理及溶剂体系
• 1.2 海藻酸钠的结构、性质及应用
• 1.2.1 海藻酸钠的分子结构
• 1.2.2 海藻酸钠的物理化学性质
• 1.2.3 海藻酸钠的应用
• 1.3 渗透汽化技术的研究现状
• 1.3.1 渗透汽化的基本原理
• 1.3.2 膜材料的选择
• 1.3.3 渗透汽化技术在工业中的应用
• 1.4 新型吸附剂的研究进展
• 1.4.1 天然材料类吸附剂
• 1.4.2 生物吸附剂
• 1.4.3 废料和农作物副产品吸附剂
• 1.5 研究目的及意义
• 参考文献
• 第2章 纤维素/海藻酸共混膜的制备、表征及应用
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 纤维素/海藻酸共混膜的制备
• 2.2.3 纤维素/海藻酸共混膜的表征
• 2.2.4 共混膜的渗透汽化性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 共混膜的表观形貌
• 2.3.2 共混膜的红外光谱分析
• 2.3.3 共混膜的XRD分析
• 2.3.4 共混膜的力学性能分析
• 2.3.5 共混膜的热稳定性分析
• 2.3.6 共混膜的溶胀分析
• 2.3.7 渗透汽化性能
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第3章 纤维素/海藻酸共混微球的制备、表征及应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 微球的制备
• 3.2.3 微球的表征
• 3.2.4 微球的吸附实验
• 3.2.4.1 染料实验溶液的制备
• 3.2.4.2 吸附实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 微球的表征
• 3.3.1.1 微球的表观形貌分析
• 3.3.1.2 微球的粒度分析
• 3.3.1.3 微球的红外分析
• 3.3.1.4 微球的热失重分析
• 3.3.1.5 微球的XRD分析
• 3.3.2 微球对染料的吸附行为
• 3.3.2.1 MB初始浓度对吸附量的影响
• 3.3.2.2 pH对吸附量的影响
• 3.3.2.3 微球计量对吸附量的影响
• 3.3.2.4 温度对吸附量的影响
• 3.3.2.5 吸附动力学
• 3.3.2.6 等温吸附
• 3.3.2.7 微球对其它染料的吸附
• 3.3.2.8 解吸再生实验
• 3.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间公开发表论文（著）及科研情况