改性纤维素处理染料废水的研究开题报告

全文总字数：2258字

1. 研究目的与意义

天然纤维素来源丰富、价格低廉，是可再生且环境友好的高分子材料，纤维素本身具有一定的吸附作用，可用于制备可生物降解的高分子材料。通过对天然纤维素的羟基改性在其分子中引入对阳离子具有吸附能力的羧基、磺酸基、磷酸基等可制备阳离子吸附剂；羟基通过交联或接枝化后，经胺化可制备阴离子型吸附剂；羟基经双功能基处理后，还可制成两性离子吸附剂；此类吸附剂均可用于废水的处理。通过氧化、醚化、酯化、接枝共聚等衍生化反应可以使纤维素功能化，如：（1）通过合理优化纤维衍生物的结构、控制外界条件等方法可提高纤维素吸附剂的吸附量；（2）通过优化接枝链长度等方法可提高纤维衍生物构象的灵活性，进而达到多次使用的目的；（3）制备有机/无机复合多功能高分子吸附剂。总之，开发更高吸附量高重复使用次数的新型功能化纤维素吸附剂一直是该领域研究的热点，随着不可再生资源的日益短缺，纤维素类吸附剂在废水处理中将具有更广阔的应用前景。

2. 国内外研究现状分析

纤维素改性的方法：（1）预处理：对其进行预处理，目的就是降低纤维素的聚合度、结晶度，破坏木质素、半纤维素的结合层，并脱去木质素，增加纤维素的可及度，提高其反应活性；（2）物理改性法：天然纤维素的物理改性最早始于将其微粉化和薄膜化，后来陆续研究球化改性的特点以及各种球化改性方法，应用于吸附材料；（3）化学改性法：纤维素化学改性主要依靠与纤维素羟基有关的反应来完成的，包括氧化、酯化、醚化、接枝共聚反应等，反应过程也称为纤维素衍生化；（4）生物改性法：纤维素的生物改性是指利用酶的作用处理纤维素，包括利用酶对纤维素进行局部水解、氧化、表面吸附等，主要应用于造纸行业。

应用：（1）在水处理技术中的应用：改性纤维素多用于吸附废水中的金属离子，达到去除、富集、回收的目的。改性纤维素吸附剂吸附、分离和提取废水中的重金属离子与一般的重金属处理方法相比，具有吸附量大、吸附速度快、成本低、操作简单、不产生二次污染等优点。（2）在空气净化领域的应用：天然纤维改性离子交换剂是以可逆化学反应方式完成对各种极性分子的分离富集过程。而且，它可以制备成适当的织物形状，使其可以在一个体积很小的操作单元中提供相当大的过滤面积，使其具有极好的渗透稳定性，对空气流动阻力低的特点。因此，可将其以填充交换柱或非织造布的形式应用于空气净化装置或防毒面具和口罩中 。（3）在复合材料中的应用：纤维素衍生物在造纸工业中常作为纸张增强剂、表面施胶剂、乳化稳定剂、涂料保水剂等。（4）其他方面的应用：石油、印刷、电子、日化、塑料、纺织等方面。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）将纤维素进行化学改性，纤维素的化学改性，是指通过改性试剂与纤维素羟基的化学反应在纤维素分子链上引入新的官能团，获得物理化学性质具备显著差异的纤维素衍生物。影响纤维素化学改性效果的主要因素是纤维素葡萄糖基上游离羟基的反应活性；纤维素羟基的可及性，即改性反应试剂到达纤维素羟基的难易程度，通过对反应条件如用量、温度、时间等进行优化，更好地达到纤维素改性的效果。天然纤维素具备高结晶性，纤维素的结晶度直接影响纤维素改性反应中羟基的可及性。采用溶剂对纤维素进行溶解，可以破坏纤维素的结晶区，改善纤维素羟基的可及性。（2）改性纤维素对染料的吸附动力学和热力学进行探讨，吸附数据进行拟合不同的动力学模型。可利用伪二阶动力学模型，吸附反应是放热过程，吸附符合langmuir模型，利用langmuir模型研究染料浓度对吸附效果的影响。（3）将改性吸附材料进行红外、xrd、sem等性能表征。每一种结晶物质都有各自独特的化学组成和晶体结构。没有任何两种物质，它们的晶胞大小、质点种类及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，当x射线被晶体衍射时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个衍射晶面间距d和衍射线的相对强度i／i0来表征。其中晶面间距d与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。所以任何一种结晶物质的衍射数据d和i／i0是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相。sem表征法是从电子枪阴极打出直径为20~30um的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用射向镜筒，经过聚光镜及物镜的汇聚作用，缩小成约几纳米的电子探针。在物镜上部的扫面线圈的作用下，电子探针在样品表面做光栅状扫描并激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也做光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描动作严格同步，这样就获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像。不同元素对应的特征谱带不同，通过观察特征谱带的发布可知相应的元素分布。

研究计划：2016年12月31日前：选题

2017年1月13日前：下达任务书

2017年1月13日--1月20日：写开题报告

4. 研究创新点

本文将结合国内国外对改性纤维素的研究，比较并从中总结合适的处理废水的方法，从而提出合理的意见和建议。