多功能球形木质素基吸附材料的制备及其性能研究

论文题目: 多功能球形木质素基吸附材料的制备及其性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 制浆造纸工程

作者: 范娟

导师: 詹怀宇

关键词: 木质素磺酸钙,反相悬浮聚合,木质素基球形树脂,结构表征,阳离子艳红染料,吸附

文献来源: 华南理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 木质素是唯一能从可再生资源中取得的芳香族化合物，并且无毒价廉，其开发和利用有着重要价值。目前工业木质素的主要来源是造纸工业，现代造纸企业采用先进的废水回用技术与设施，以充分利用制浆造纸废水中的有用物质及水资源等，但其中大量的木质素通常作为燃料使用，有的甚至未经处理直接排放，造成严重的资源浪费和环境污染。因此研究利用工业木质素，对于综合治理造纸工业废水污染、充分利用天然资源具有重要的现实意义。本文从综合利用造纸工业废弃资源的角度出发，研究了木质素磺酸盐与甲醛的反相悬浮缩聚反应，以及木质素基球形树脂的制备与性能。进行了原料木质素磺酸钙（CLS）的主要结构特点及反应性研究，表明它是由一系列非晶态的、明显具有取代酚结构特征的大分子和小分子所组成的混合物；存在大量酚型愈创木基结构单元和少量对羟苯基结构单元，且结构单元之间多以醚键连接；含有较多量羟基、磺酸基、甲氧基和少量的羰基等活性基团；质均相对分子质量为2505，多分散性指数为1.55。详细研究了木质素磺酸钙与甲醛的反相悬浮缩聚反应，以无毒价廉的液体石蜡作为分散相，合成了粒径可控的球形木质素磺酸盐树脂RLS；并通过正交试验进一步优化聚合反应条件，不仅大大缩短了聚合成球时间，而且显著提高了产品的强度和交换容量。实验室优化条件为：相比3：1，搅拌速度200rpm，木质素磺酸钙浓度50％，体系酸度3mol／L（HCl），甲醛用量7％，聚合温度95℃。优化条件下得到的RLS球形规整，粒度均匀，含水量61.20％，转型膨胀率12.5％，全交换容量3.46mmol／g（干）。 RLS的外观呈黑色不透明圆球状，利用多种现代分析测试手段对RLS的结构进行表征。扫描电镜和扫描探针显微镜观察结果表明RLS的外表为凹凸不平状，内部结构不均匀，分为凝胶和孔隙两部分，具有疏松多孔的结构特征。压汞测孔和BET分析结果显示干态样品的孔径分布在100nm以下，平均孔径为10.46nm，比表面积大于10m2／g；湿树脂的孔隙率为43.27％，孔容为1.578mL／g。X射线衍射分析表明RLS为非晶态结构；CLS、RLS和吸附Cr3+后的RLS在综合热分析的程序升温过程中具有明显不同的失重规律和热效应。木质素磺酸钙及RLS的胺化改性研究表明，用季铵基醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵（CHPTA）对球形木素树脂RLS进行直接醚化改性，可以使木素树脂中引入一定量的季铵基团，从而得到一种具有多种功能基团的球形木素基吸附剂ARLS。实验室优化条件下得到的改性产物的阴离子全交换容量可达0.67mmol／g，

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 我国造纸工业的发展现状及存在的主要问题

1.1.1 造纸原料问题

1.1.2 保护资源、保护环境

1.2 木质素的基本结构和反应性能

1.2.1 木质素的基本结构

1.2.2 木质素的反应性能

1.3 工业木质素的特点和应用现状

1.3.1 工业木质素的特点和分类

1.3.2 工业木质素的应用现状

1.3.3 工业木质素应用的研究趋势

1.4 吸附分离功能高分子材料的研究进展

1.4.1 概述

1.4.2 吸附分离功能高分子材料的分类

1.4.3 吸附与分离理论简述

1.5 木质素基吸附分离材料的研究进展

1.5.1 木质素的吸附性能及主要的改性反应

1.5.2 木质素基离子交换树脂

1.5.3 木质素基炭质吸附剂

1.5.4 木质素基金属吸附剂

1.5.5 其他类木质素基吸附剂

1.6 重金属废水的危害与治理方法概述

1.6.1 重金属废水的来源与危害

1.6.2 重金属废水的治理方法

1.6.3 重金属废水治理的研究方向

1.7 选题的目的、意义及主要研究内容

1.7.1 选题的目的和意义

1.7.2 主要研究内容

第二章木质素磺酸钙的结构与反应性分析

2.1 主要仪器与测试方法

2.1.1 木质素磺酸钙含量的测定

2.1.2 蒽酮法测定总糖含量

2.1.3 凝胶渗透色谱(GPC)测定木素磺酸钙的分子量分布

2.1.4 傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)分析

2.1.5 气相色谱—质谱(GC-MS)分析

2.1.6 X射线衍射分析

2.1.7 综合热分析

2.2 结果与讨论

2.2.1 木质素磺酸钙的主要成分及分子量分布

2.2.2 FTIR分析

2.2.3 GC-MS分析

2.2.4 X射线衍射分析

2.2.5 热分析

2.3 本章小结

第三章木质素磺酸钙与甲醛的反相悬浮缩聚反应研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂和仪器

3.2.2 悬浮缩聚反应

3.2.3 产物的预处理

3.2.4 产物的主要性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 分散相和分散剂的选择

3.3.2 分散相和分散剂的用量

3.3.3 搅拌特性的影响

3.3.4 聚合温度的影响

3.3.5 催化剂和体系酸度对聚合反应的影响

3.3.6 木质素磺酸钙溶液浓度的影响

3.3.7 交联剂用量

3.3.8 致孔剂的影响

3.3.9 小结

3.4 树脂合成工艺条件的优化

3.4.1 正交试验的目的、因素水平和试验方案

3.4.2 正交试验的结果分析

3.4.3 优化试验

3.5 本章小节

第四章木质素磺酸钙及RLS的胺化改性

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要原料和试剂

4.2.2 主要仪器

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 木质素磺酸钙的曼尼希反应

4.3.2 RLS的胺化改性

4.4 本章小结

第五章 RLS基本结构与性能的表征

5.1 主要仪器

5.2 结果与讨论

5.2.1 RLS的外观

5.2.2 RLS的微观结构

5.2.3 RLS的比表面积与孔结构的测定

5.2.4 RLS的x-射线衍射分析

5.2.5 RLS的热分析

5.2.6 RLS的红外分析

5.3 本章小结

第六章 RLS对阳离子艳红染料的吸附性能研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 主要原料和试剂

6.2.2 主要仪器

6.2.3 染料含量的测定

6.2.4 静态吸附实验

6.3 结果与讨论

6.3.1 吸附时间对吸附效果的影响

6.3.2 温度对吸附效果的影响

6.3.3 染料初始浓度对吸附量的影响

6.4 本章小结

第七章 RLS对Zn~(2+)的吸附研究

7.1 前言

7.2 实验部分

7.2.1 主要仪器

7.2.2 主要试剂及溶液

7.2.3 Zn~(2+)含量的测定

7.2.4 静态吸附实验

7.3 结果与讨论

7.3.1 RLS对Zn~(2+)的吸附动力学特点

7.3.2 溶液浓度与平衡吸附量的关系

7.3.3 温度对吸附效果的影响

7.3.4 酸度对吸附效果的影响

7.4 本章小结

第八章 RLS对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的吸附研究

8.1 引言

8.2 实验部分

8.2.1 主要仪器

8.2.2 主要试剂及溶液

8.2.3 Cr含量的测定

8.2.4 静态吸附实验

8.3 RLS对Cr3+的吸附研究

8.3.1 RLS对Cr~(3+)的吸附动力学性能

8.3.2 浓度对吸附效果的影响

8.3.3 温度对吸附效果的影响

8.3.4 酸度对吸附效果的影响

8.3.5 RLS对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能的比较

8.4 RLS和ARLS对六价铬的吸附研究

8.4.1 RLS和ARLS对Cr(Ⅵ)的吸附平衡及吸附动力学

8.4.2 RLS和ARLS对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量与温度的关系

8.4.3 RLS对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量与酸度的关系

8.4.4 RLS对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量与浓度的关系

8.5 RLS对铬的吸附机理的探讨

8.6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢

发布时间: 2006-10-18

多功能球形木质素基吸附材料的制备及其性能研究

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