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利用秸秆木质素制备阳离子絮凝剂的研究

罗渊  
【摘要】: 我国农作物秸秆年产量约6亿吨,但利用度还相当低,大部分秸秆被焚烧处理,不仅造成了严重的环境污染问题,而且浪费了宝贵的生物质资源,研究和开发利用秸秆,对解决当前的资源和能源两大问题,实现可持续发展农业战略,具有重大的现实意义。木质化的细胞壁能阻止微生物的攻击,先分离出秸秆中的木质素,有利于秸秆纤维素的降解利用。木质素是一类复杂的多维网状结构的聚芳基化合物,含有大量的活性官能团,通过改性可以得到性能优良的木质素絮凝剂。 以乙二醇为溶剂,分离稻草中木质素。研究了影响木质素提取的液固比(m/m)、乙二醇质量分数、反应温度及保温时间四个因素,得到较佳的工艺条件为:液固比(m/m)12∶1,乙二醇质量分数90%,反应温度240℃,保温时间2.5h。其中液固比和乙二醇质量分数对木质素的分离有显著性影响。在此条件下,木质素的收率为54.4%。溶剂乙二醇可多次回收使用,环境污染小。木质素溶于大多数有机溶剂中,紫外,红外吸收光谱证实了木质素芳香族结构;X射线粉末衍射分析表明木质素为无定型结构。 以提取的乙二醇木质素为原料,以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)为阳离子醚化剂制备了阳离子醚化木质素絮凝剂。研究了影响絮凝剂性能的四个主要因素:氢氧化钠用量,CHPTAC用量,反应温度,反应时间。得到阳离子醚化木质素絮凝剂制备的较佳工艺条件:氢氧化钠用量2mL,CHPTAC用量1.5g,反应温度60℃,反应时间10h。絮凝剂的红外吸收光谱表明木质素已经阳离子化。将絮凝剂应用于高岭土模拟废水和柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR模拟染料废水处理,在一定的条件下,絮凝剂对高浊度的高岭土模拟废水的除浊率达到73.4%;对柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR染料的脱色率可达70.9%,68.8%,94.2%。 以提取的乙二醇木质素为原料,以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为接枝单体制备了接枝共聚阳离子木质素絮凝剂。研究了影响絮凝剂性能的四个主要因素:反应温度,反应时间,引发剂用量,以及木质素、丙烯酰胺、DMDAAC的质量比。得到接枝共聚阳离子木质素絮凝剂制备的较佳工艺条件:反应温度40℃,反应时间8h,引发剂用量10mL,木质素∶丙烯酰胺∶DMDAAC质量比=1∶2∶1。实验测得木质素的接枝率为227.5%,接枝效率为75.8%。絮凝剂的红外吸收光谱表明,木质素与丙烯酰胺、阳离子单体接枝共聚反应有效。将絮凝剂应用于高岭土模拟废水和柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR模拟染料废水处理,在较佳的条件下,絮凝剂对高浊度的高岭土模拟废水的除浊率可达87.3%;对柠檬黄、胭脂红及活性艳兰X-BR染料的脱色率可达96.7%,98.2%,96.4%。


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