改性纖維素類吸附劑應用（一）

時間：2023-03-24 13:13:10來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

改性纖維素類吸附劑應用（一）

[db:作者] / 2023-01-05 00:00

[應用]纖維素經過不同方法的化學改性得到了許多具有不同功能的吸附劑，目前這些吸附劑已經廣泛地應用于生物醫學、生物化工、環境保護等各方面。改性后的纖維素在臨床醫學中可以利用它在不同的基體中分離得到各種所需的酶，還可以通過它的選擇吸附作用進行血液分析。在生物化工上可以將改性后的纖維素用于染料等化學物質的吸附，溶液中離子檢測、化學物質的分離提純等。在廢水處理領域，改性纖維素類吸附劑主要用于去除水體中的Cu2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Pb2+、Hg2+、Cd2+等重金屬離子以及有機物質、農藥等，并均取得很好的處理效果，而且容易脫附再生。

Nada等用琥珀酸酐和氯乙酸對甘蔗渣進行了化學改性，制得含有羧基的離子吸附劑，通過NaOH滴定測得所引入的羧基分別為1.99mmol/g和0.33mmol/g，其對Cu2+、Ni2+、Cr3+、Fe3+等有較好的吸收；Nada等還用三氯氧磷處理甘蔗渣、木材、玉米秸稈等農業廢棄物，制備了含有較高吸附能力的磷酸基團的陽離子吸附劑，可以較好地吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Cr3+、Ni2+等離子。

張玉霞等通過對芝麻稈纖維素醚化后與季銨鹽反應制備了改性纖維素，并用于苯胺的吸附，發現苯胺的去除率可達93.2%。王少敏等用仲胺型硝化纖維素吸附腎毒性物質肌酐，在肌酐質量濃度為60mg/L、溫度為37℃、透析液pH=7的條件下，0.5gACN對肌酐的吸附平衡時間為2h，平衡吸附率為68%，吸附主要靠非氫鍵的化學作用。代瑞華等研究發現，球形醋酸纖維素吸附劑對水中狄氏劑、艾氏劑、異狄氏劑、七氯4種有機氣農藥有較強的吸附能力，12h后去除率均達到85%以上，并且對正辛醇水分配系數較大的有機物具有更快的吸附速度，對七氯、艾氏劑的去除率在0.5h后可達99%，說明該吸附劑對水中親脂性的有機物具有較高的吸附效能。

筆者和課題組成員以自制含不同基團的球形纖維素吸附劑處理Cu2+、Co3+、Cr3+、Nd3+、Cr6+、Ni2+等重金屬離子和表面活性劑(SDBS)、氨基酸等，均取得了較好的吸附效果。

用含有咪唑啉基和羧基的球形纖維素螯合吸附劑吸附表面活性劑，得到以下結論。①影響吸附劑對SDBS吸附效果的因素主要有SDBS初始質量濃度、吸附液的pH值、吸附時間及吸附溫度等；實驗結果表明：在pH=4時，球形纖維素螯合吸附劑對初始質量濃度為50mg/L的SDBS溶液的吸附容量為18.10mg/g，去除率達90.3%；吸附時間的延長有利于提高吸附劑的吸附效果，但當吸附時間達到60min后，繼續延長吸附時間，對SDBS的去除率無太大影響。②對SDBS溶液的靜態吸附實驗表明，吸附過程符合Langmuir等溫模式，吸附呈單分子層形式。③動力學研究表明，吸附過程主要由表面擴散控制，吸附速度常數隨著溫度的升高而下降；④熱力學研究表明，隨著溫度的升高，特征值b、Q0均變小，這說明溫度升高不利于吸附過程的進行，球形吸附劑對SDBS的吸附能力減弱；同時，△H為-11.721kJ/mol(<0)說明該吸附過程發生放熱反應，以化學吸附為主；吸附質在4個溫度條件下的自由能OG均為負值，說明吸附過程是自發進行的。

以羧酸型球形纖維素吸附劑對堿性氨基酸(L-賴氨酸、L-精氨酸和L-組氨酸)進行吸附，得到以下結論。①靜態等溫吸附符合Langmuir吸附等溫式。②吸附劑對堿性氨基酸的吸附效果與吸附質溶液的pH值、吸附質的初始濃度、吸附時間及吸附溫度相關；球形纖維素吸附劑對各堿性氨基酸的吸附均有一最適pH值，提高吸附質的初始濃度，延長吸附時間，降低吸附溫度均可提高吸附效果。③纖維素吸附劑對氨基酸的靜態吸附和動態吸附實驗表明，纖維素吸附劑對堿性氨基酸具有很好的吸附效果，在實驗條件下，對L-賴氨酸、L-精氨酸和L-組氨酸的靜態吸附量分別達到95.8mg/g、106.1mg/g和110.6mg/g，動態吸附量分別達到70.3mg/g、73.6mg/g和80.0mg/g，并具有很好的解吸再生能力。④吸附熱力學和吸附動力學的研究結果表明：纖維素吸附劑對堿性氨基酸的吸附以化學吸附為主；纖維素吸附劑對三種堿性氨基酸吸附速率大小順序為：L-組氨酸>L-精氨酸>L-賴氨酸。⑤研究了混合堿性氨基酸在球形纖維素吸附劑上的競爭吸附行為，實驗結果顯示，在三種堿性氨基酸的混合溶液中，球形纖維素將優先選擇吸附L-組氨酸。⑥與732型陽離子交換樹脂比較，在吸附速率上，球形纖維素吸附劑比732型陽離子交換樹脂具有明顯的優勢。

喬莎等基于ATRP法制備纖維素吸附劑，首先，以氯乙酰氯為酯化劑，在離子液體BMIMCI中與纖維素發生均相乙酰化反應，得到了ATRP大分子引發劑(Cell-CIAc)，隨后以Cell-CIAc為ATRP引發劑，以甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)為單體，CuBr/bpy為催化劑，進行GMA的ATRP，制備出結構可控、分子量分布窄的纖維素接枝共聚物Cell-g-PGMA，并對ATRP反應動力學進行研究。研究結果表明，該反應過程符合一級反應動力學規律，證明該ATRP聚合反應是“活性”/可控的；同時，用透射電鏡觀察到合成的Cell-g-PGMA在丙酮溶液中具備自組裝行為；ATRP聚合反應溫度以及反應體系中的單體濃度是Cell-gPGMA分子量及分子量分布的影響因素。

其次，以Cell-g-PGMA為基體，用乙二胺對其進行開環改性，通過單因素實驗研究了吸附劑制備過程各因素的影響。研究結果得出，在乙二胺用量為20mL，制備溫度為80℃，制備時間為1h，得到的吸附劑NPGMA的含氮量為10.16%。

再次，實驗采用靜態吸附方法研究了NPGMA對六價鉻溶液的吸附性能，包括溶液pH值、初始濃度、吸附時間以及吸附溫度等影響因素；同時對吸附過程進行了吸附動力學和熱力學的研究，并對吸附機理進行了探討。吸附實驗顯示，NPGMA對Cr(VI)吸附性能優異，其吸附容量和去除率分別達到99.60mg/g和99.60%。NPGMA的靜態等溫吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等溫式，表明NPGMA對Cr(VI)的吸附以化學吸附為主；表面擴散和顆粒內擴散共同控制整個吸附過程，但以顆粒內擴散為主。最后，對NPGMA的再生性能進行研究。用濃度為2mol/L的NaOH溶液對其進行簡單再生后，就可恢復使用，重復次數達3次后，吸附容量仍較高；解吸后的NPGMA經紅外光譜分析后顯示其仍然具有氨基官能團，而從環境掃描電鏡圖中可以看出，其表面光滑，仍有大量的孔隙存在，表明解吸后的NPGMA與原NPGMA結構變化不明顯，顯示出廣闊的應用前景。

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