磺酸基纤维素的合成与吸附性能研究.pdf

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1、中图分类号：X131磺酸基纤维素的合成与吸附性能研究环境工程张元璋施文健教授二○一一年一月学校代码：10252学号：082450980上海理工大学硕士学位论文磺酸基纤维素的合成与吸附性能研究姓名张元璋系别环境与建筑学院专业环境工程研究方向环境化学与功能材料指导教师施文健教授学位论文完成日期2011年1月UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyMasterDissertationStudiesonthePreparationandAdsorptionPropertiesofSulfonicCelluloseNameYuanzhangZhang

2、DepartmentSchoolofEnvironmentandArchitectureSpecialtyEnvironmentalEngineeringResearchDirectionEnvironmentalChemistryandFunctionalMaterialSupervisorProfessorWenjianShiCompleteDataJanuary20113学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。本人授权上海理工大学可以将本学位论文的全部内容或

3、部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密年□本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日摘要本文以治理水体中阳离子污染物和重金属为目标，研究了一种天然高分子材料——纤维素的改性方法，合成了带有磺酸基团的磺酸基纤维素，详细研究了

4、磺酸基纤维素对特定污染物的吸附性能，探讨了吸附机理。以硝酸铈铵为引发剂，通过自由基接枝共聚将2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS)接枝到纤维素分子链上，合成了磺酸基纤维素。通过正交实验及单因素对磺酸基纤维素含硫量的影响确定了最佳工艺参数：反应温度323K，反应时间4小时，AMPS单体与纤维素质量比3:1,硝酸铈铵浓度63.8mmol/L，此时磺酸基纤维素的含硫量为7.32w%，即每克磺酸基纤维素平均含有2.28mmol磺酸基团。-1-1用溴化钾压片法对磺酸基纤维素进行红外光谱分析:在1303cm和1159cm处出现了磺酸基团中的S＝O特征峰，酰胺基中的C=O和C－N伸缩振动峰出现-1

5、-1在1650cm和1548cm处，表明AMPS单体已成功的接枝到了纤维素分子链上。对磺酸基纤维素进行X-射线衍射分析和电镜扫描分析，实验结果表明通过改性，纤维素的结晶结构被破坏，比表面积增大。2+将磺酸基纤维素用于阳离子红X-GRL、重金属离子pb和苯胺的吸附。磺酸基纤维素对污染物的吸附受溶液酸度影响较大，在pH6～7时磺酸基纤维素具有较高的吸附容量。吸附动力学研究结果表明:磺酸基纤维素吸附上述污染物可用Lagergren二级吸附动力学方程较好地拟合;温度升高，磺酸基纤维素的平衡吸附2+量和吸附速率增大;在318K时，磺酸基纤维素对阳离子红X-GRL，pb和苯胺的平衡吸附容量分别为1

6、.58mmolg/g，0.768mmol/g和1.93mmol/g;磺酸基纤维素对上述三者污染物的表观活化能Ea分别为15.2kJ/mol，13.7kJ/mol和20.4kJ/mol。磺酸基纤维素的等温吸附模型能较好地用Langmuir等温吸附模型拟合。吸附热力学研究结果表明：在288K～318K下，磺酸基纤维素吸附上述污染的过程中吸附焓变△H>0,吸附熵变△S>0,吉布斯自由能△G<0，温度越高，△G越小。在298K时，磺酸基纤维素对上述三种污染物的动态平衡吸附量分别为0.954mmolg/g，0.462mmolg/g和1.07mmolg/g，接近其静态平衡吸附量。将磺酸基纤维素运用

7、于水体中特定污染物的吸附，并与001×7(732)型强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和(20～30目)木质颗粒活性炭的平衡吸附量进行对比。磺酸基纤维素对共平面大分子结构的阳离子染料和含有氨基基团的芳香族有机物具有+2+2+2+较好的吸附效果，对重金属离子的吸附强弱顺序依次为Ag＞Pb＞Cu＞Cd＞2+2+3+Ni＞Co＞Cr。磺酸基纤维素对重金属离子的吸附是静电引力、配位或螯合反应的化学吸附；对大分子共平面结构的阳离子有机物的吸附除正负电荷之间的静电