木质素定向化学修饰吸附材料及其重金属离子吸附选择性研究

发布时间：2019-07-25 06:16

【摘要】：以乙酸木质素为原料,通过定向化学修饰(酯化反应和点击反应)制备多酚型、希夫碱型和半胱氨酸型木质素基离子吸附材料。分别表征了三种离子吸附材料的分子结构与形貌特征,分析了吸附环境因素对材料的重金属离子吸附性能的影响,探究了吸附材料结构与吸附机理/吸附选择性能的内在关系。1.多酚型木质素基吸附材料(GLA)的制备及其Pb(II)吸附选择性研究以乙酸木质素为基体,接枝含多酚结构的没食子酸吸附单元,制备多酚型木质素基吸附材料(GLA),研究对Pb(II)的吸附性能。实验结果表明:(1)GLA的最佳吸附条件为:溶液pH值6.0,Pb(II)初始浓度300 mg/L和吸附时间120 min;(2)GLA对Pb(II)的吸附量为103.69 mg/g,且在多种金属离子共存条件下对Pb(II)具有良好的吸附选择性(选择因子k=1.890);(3)GLA对Pb(II)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附;吸附动力学符合准二级动力学方程,即以化学吸附为主;吸附过程中的吉布斯自由能(ΔG)为负值,焓变(ΔH)与熵变(ΔS)均为正值,表明该过程是自发进行的吸热熵增过程;(4)红外光谱分析表明,GLA对Pb(II)的吸附作用以化学螯合形式为主。2.希夫碱型木质素基吸附材料(SLA)的制备及其Pb(II)和Cu(II)吸附选择性研究以乙酸木质素为基体,利用醛基-胺基点击反应接枝希夫碱结构单元,制备希夫碱型木质素基离子吸附材料(SLA),研究对Pb(II)和Cu(II)的吸附性能。实验结果表明:(1)胺化木质素的最佳制备条件为反应温度80℃、反应时间4 h、木质素:HCHO:DETA质量比为3:1.2:1.5,SLA的最佳合成反应时间为12 h;(2)SLA的最佳吸附条件为:溶液pH值5.0,SLA对Pb(II)和Cu(II)的吸附剂量分别为2.0 g/L和1.0 g/L,初始浓度分别为200mg/L和250 mg/L,吸附时间分别为120 min和60 min;(3)SLA对Pb(II)和Cu(II)的最大吸附量分别为70.45 mg/g和61.34 mg/g,在多种金属离子共存条件下中,SLA对Pb(II)和Cu(II)具有较好的吸附选择性;(4)SLA对Pb(II)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附,SLA对Cu(II)的吸附过程既符合Langmuir等温模型又符合Freundlich等温模型,这与吸附材料SLA的结构及Cu(II)的离子理化性质有关;Pb(II)和Cu(II)的吸附动力学过程均符合准二级动力学方程,即以化学吸附为主;吸附过程中的ΔG均为负值,ΔH与ΔS均为正值,表明均为自发进行的吸热熵增过程;(5)红外光谱分析表明,SLA通过活性胺基与羟基与Pb(II)和Cu(II)发生电子共享或转移的吸附作用,同时还与Cu(II)发生螯合作用形成配位化合物。3.半胱氨酸型木质素基吸附材料的制备及其Cu(II)和Pb(II)的吸附性能研究以乙酸木质素为基体,利用巯基-烯基点击反应接枝含半胱氨酸结构的吸附单元,制备半胱氨酸型木质素基吸附材料(NLA),研究对Cu(II)和Pb(II)的吸附性能。实验结果表明:(1)烯基木质素(AL)和NLA的最佳合成反应时间分别为12 h和2 h。(2)NLA的最佳吸附条件为:溶液pH值6.0,NLA对Cu(II)和Pb(II)的吸附剂量分别为2.0 g/L和1.5 g/L,初始浓度均为150 mg/L,吸附时间分别为120 min和60 min;(3)NLA对Cu(II)和Pb(II)的吸附量可分别达到68.53 mg/g和57.89 mg/g,对Cu(II)和Pb(II)具有良好吸附选择性和再生使用性能;(4)NLA对Cu(II)和Pb(II)的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附;吸附动力学过程均符合准二级动力学方程,即限速步骤为化学吸附;吸附过程中的ΔG、ΔH和ΔS均为负值,表明均为自发的放热熵减过程;(5)红外光谱和X射线光电子能谱分析发现,NLA吸附机理主要通过O、N和S的孤对电子与Cu(II)和Pb(II)发生配位作用和羧基的静电吸附作用。
【图文】：

图 1-1 4 种银离子印迹聚合物结构模型（a）对 Ag(I) 的吸附过程（b） Structure models of four Ag ions imprinted polymers(a);adsorption processes on降解生物质基吸附材料、壳聚糖、农林废弃物等可再生生物质资源数量巨大，具有原料解等优点，开发成天然生物质基可降解吸附材料可实现废弃资源再性、材料复合等方法制备吸附性能更为优异的生物质基重金属离善生物质基重金属离子吸附材料的吸附性能。维素

木质素定向化学修饰吸附材料及其重金属离子吸附选择性研究

银离子印迹聚合物结构模型（a）对 Ag(I) 的吸附els of four Ag ions imprinted polymers(a);adsorptio基吸附材料农林废弃物等可再生生物质资源数量巨大开发成天然生物质基可降解吸附材料可实现合等方法制备吸附性能更为优异的生物质重金属离子吸附材料的吸附性能。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O647.3

【参考文献】