废旧黄板纸纤维在离子液体中的溶解行为及再生薄膜的制备和性能研究

发布时间：2020-04-17 06:33

【摘要】：废旧黄板纸(WYP)是由木质纤维素和少量添加剂组成的一种优质的废纸资源,它成本低、易回收且来源丰富。为了合理的利用这部分废弃资源,并从中获得高附加值产品,本文选用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Ca)为溶剂,二甲基亚砜(DMSO)为共溶剂,研究了WYP纤维在不同溶解体系中的溶解行为;探索DMSO在溶解过程中发挥的作用;构建离子液体/无机盐体系,使用溶解-再生-加压干燥的方法从黄板纸中快速高效地制备了再生纤维复合膜。主要的研究内容及结果如下:(1)使用碱处理法可以较好地去除废旧黄板纸中的油墨、胶粘物等杂质,且不有意去除木质素和半纤维素。预处理后黄板纸纤维(P-WYP)中含有82.19%的纤维素、7.11%半纤维素和7.65%的木质素,纤维素结晶结构为I型结构。(2)球磨处理减小了 WYP纤维的尺寸,破坏了纤维素的结晶区,增大了其在[Amim]CI中的溶解度,但溶解速率减小。提高温度可以提高WYP纤维在离子液体中的溶解性。[Amim]Cl中添加40%的DMSO时,溶剂的粘度降低,电导率提高,使[Amim]Cl的溶剂化能力增强,从而促进了 WYP纤维在离子液体中的溶解。(3)再生纤维基膜(P-WYP膜)的最佳制备工艺为90℃、4wt%WYP纤维添加量、反应时间为4h;薄膜的拉伸强度为68.69MPa,透明度高,表面有轻微的粗糙感。球磨处理提高了再生纤维基膜的透过率和拉伸强度,使光学透过率达到70%,拉伸强度为71.16MPa,并使薄膜表面光滑平整。添加DMSO会使再生纤维基膜力学强度和透明度降低。添加无机盐CaCl2可以有效提高P-WYP膜的力学性能、光学性能和热稳定性;当CaCl2添加量为2%时,再生纤维复合膜的拉伸强度最大,达到85.86MPa。(4)使用真空旋蒸法和吸附法结合的方法对离子液体进行回收,有效去除了离子液体在使用过程中产生的杂质,回收率达到85%,降低了生产成本。
【图文】：

包装材料等固体废物，这些固体废物主要来源于人类日常的生活和工业活动，其中纸张逡逑在日常生活和工业活动中占据很大成分，因此废纸是ＭＳＷ的主要成分，也是环境污染逡逑的主要来源之一［２］。图１－１为ＭＳＷ的主要组成成分［３］，纸和纸板占ＭＳＷ的２３％，是逡逑ＭＳＷ的最主要来源［４］。纸和纸板在城市管理系统中称之为“灰色废物”邋［５］，传统的处逡逑理方法要么是填埋［６］，要么是焚烧ｍ，以此类方法处理“灰色废物”不仅面临着土地短逡逑缺、地下水污染等诸多问题，还会有高甲烷［８］和高氮［９］的产生［ｉＱ］。例如新闻纸会产生逡逑５８－１００Ｌ／Ｋｇ的甲烷［５１，工作用纸会产生２０８－３６９Ｌ／Ｋｇ甲烷［１１］，废旧黄板纸（ＷＹＰ）会产逡逑生９６－２１７Ｌ／Ｋｇ的甲烷［１２］，对环境带来巨大影响［１３］。逡逑２３％逦１８％逡逑伽逡逑纺织品逡逑他概废物逡逑塑料逦lM逡逑ｒ金属玻璃逡逑６％邋６％逡逑图１－１城市固体废物的组成逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｍｕｎｉｃｉｐａｌ邋ｓｏｌｉｄ邋ｗａｓｔｅ逡逑１逡逑

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｅｌｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逡逑纤维素分子链呈扁平的带状构象，由相邻葡萄糖环的羟基和氧原子之间的链内氢键逡逑定连接，形成线性排列，但纤维素分子的葡萄糖环之间由于内旋作用，存在一定的扭逡逑，因此不是直线连接，每个葡萄糖单元相邻残基连接时在平面内翻转丨８０度［６３］。纤维逡逑分子链之间通过氢键作用平行堆积，形成了原纤维。在这些原纤维内，存在着纤维素逡逑，由高度有序排列的区域（结晶）和无序排列（非结晶）的区域组成，如图１－２中（ｂ）逡逑示。纤维素Ｃ６羟基基团构象决定氢键的排列方式，这是导致纤维素不同晶型结构的逡逑要原因。逡逑目前可知的纤维素晶型结构有Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ四种［６４］。其中纤维素Ｉ型结构，被称逡逑“天然”纤维素，自然界中大部分动植物中的纤维均是以Ｉ型结构存在的。纤维素Ｉ逡逑结构中存在两种晶系变体，三斜晶系（Ｕ和单斜晶系（ｉｐ），两种晶系变体的共存比逡逑取决于纤维素的来源［６５］，大多数藻类和细菌中含有较多的ＩＪ６６］，高等植物细胞壁纤维逡逑中含有较多的Ｉｐ［６７］。ｌａ和Ｉｐ晶体结构如图１－３邋（ａ）和（ｂ）所示，是由Ｎｉｓｈｉｙａｍａ等逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS724;TB383.2;X705

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本文编号：2630570