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柚子皮改性吸油材料的制备和性能研究

邹君臣  
【摘要】:本研究选取农业废弃物柚子皮为原料,确定了油酸和硬脂酸、乙酸酐、苯乙烯、磁化和FTS(C10H4Cl3F17Si,全氟癸基三氯硅烷)改性柚子皮的方案。本文讨论了样品投加量、油投加量、转速(振荡频率)、温度和盐度对其吸油能力的影响,保油能力和循环利用能力情况,同时借助傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、振动磁强计等表征手段研究改性前后材料的微观形态、官能团变化,结合吸油材料的吸附动力学、吸附等温线和热力学研究,初步探讨了其吸附机理,得出如下主要结论:(1)天然柚子皮中纤维素、半纤维素、木质素的含量分别为46.22%、18.84%、10.24%,与模拟海水的接触角为135°,与柴油的接触角为0°。SEM图显示出天然柚子皮具有蜂窝状的多孔结构。FT-IR显示天然柚子皮含有大量亲水羟基基团。天然柚子皮在油水体系中的吸附为选择性吸附,且在纯水体系中90 min的饱和吸水能力为6 g/g。此外,天然柚子皮在模拟海水中对柴油的吸附符合Lagergren准二级动力学方程,解吸符合Lagergren准一级动力学方程。其吸附/解吸平衡时间分别为11 min和5 h,吸附/解吸量分别为5.70 g/g和0.49g/g。(2)硬脂酸改性柚子皮对柴油、润滑油的吸附量分别9.50 g/g、10.40 g/g;油酸改性柚子皮对柴油和润滑油的吸附量分别为10.50 g/g、13.70 g/g;均高于天然柚子皮的吸油能力。由SEM知,油酸改性柚子皮的表面比天然柚子皮光滑。此外,油酸改性柚子皮FT-IR中3408 cm-1、1751 cm-1、1633 cm-1减弱,表明油酸成功改性了天然柚子皮。硬脂酸和油酸改性柚子皮的吸油过程符合准二级动力学方程。硬脂酸改性柚子皮和油酸改性柚子皮的吸油量随着温度的升高而降低;硬脂酸改性柚子皮和油酸改性柚子皮对柴油和润滑油的吸附量随着盐度的增加而增加;硬脂酸改性柚子皮和油酸改性柚子皮对柴油和润滑油的吸附量随着转速的增加而先增加再降低。(3)乙酰化改性柚子皮的最佳制备条件为:反应温度60℃,反应时间3 h,DMAP用量0.10 g。乙酰化改性柚子皮的吸油过程符合准二级动力学方程,其对柴油和润滑油的最大吸附量分别为14.45 g/g和18.03 g/g,且具有良好的保油能力和循环利用能力。(4)苯乙烯接枝柚子皮的最佳制备条件为:反应温度70℃,反应时间8 h,苯乙烯12 m L,N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01 g,过氧化苯甲酰0.50 g。苯乙烯接枝柚子皮对柴油和润滑油的吸附过程适用于准二级动力学方程,其对柴油和润滑油的最大吸附量分别为19.94 g/g和27.78 g/g,且具有良好的保油能力和循环利用能力。(5)磁化柚子皮的最佳制备条件为:乙二醇30 m L,六水三氯化铁0.40 g,乙酸铵3.40 g,油酸0.40 m L。SEM分析发现,磁化柚子皮的表面较炭化柚子皮粗糙,且具有许多分布均匀的小孔洞。FT-IR红外图谱显示其含有Fe-O和油酸的C=O,证明了油酸改性磁化柚子皮的成功制备。磁化柚子皮的磁饱和值为8.06 emu g-1,能够通过外加磁场来移动。磁化柚子皮对柴油的吸附过程主要属于物理吸附,其对柴油的最大吸附量分别为27.98 g/g,符合Lagergren准二级动力学方程,适用于Freundlich等温式。(6)FTS改性柚子皮的最佳制备条件为:WT:AT=1:1,FTS 0.20 m L,反应温度30℃,振荡速率150 RPM。SEM分析发现,FTS改性柚子皮呈现了毛糙的片层状(三维网络状结构)。FTS改性柚子皮对柴油的吸附平衡时间为60min,最大吸附能力为23 g/g;其对柴油的吸附过程为物理吸附,符合Lagergren准二级动力学方程,适用于Langmuir吸附等温式。


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