氨基化微晶纖維素吸附纖維的制備及工藝探討

禚慧，張?jiān)砌危琢钣?xùn)，魏春艷

（大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料工程學(xué)院，遼寧大連 116034）

近幾十年來，紡織工業(yè)的發(fā)展將染料帶入了水生環(huán)境，對(duì)人類健康和生物構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，迫切需要處理染料廢水[1,2]。纖維素是自然界中隨處可見的可再生資源之一。它是木材，并被用于應(yīng)對(duì)許多領(lǐng)域的各種污染[3]。從植物中分離出來的纖維素原料具有較低的吸附能力，因此纖維素必須經(jīng)過化學(xué)改性或物理改性才能產(chǎn)生良好的吸附能力[4-6]。

本實(shí)驗(yàn)通過環(huán)氧氯丙烷與微晶纖維素纖維發(fā)生親核取代反應(yīng)制得EMC 纖維，后利用賴氨酸對(duì)EMC 纖維改性制得Lye-EMC 纖維。探究了制得Lye-EMC 纖維的最佳條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：環(huán)氧化微晶纖維素纖維，實(shí)驗(yàn)室自制；賴氨酸，上海麥克林生化有限公司；碳酸鈉，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；剛果紅，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，滄州群意化工有限公司；鹽酸，信陽市化學(xué)試劑廠；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

儀器：紫外可見光分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；SHA-A 型水浴恒溫振蕩器，上海聚宏儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將0.5 g EMC 纖維放進(jìn)燒瓶中，然后添加去離子水，再加入一定量的Na2CO3、一定量的賴氨酸，在一定溫度的水浴鍋中反應(yīng)一定時(shí)間，后將其水洗至中性，在烘箱中烘干得到Lye-EMC 纖維。

1.3 吸附性能測(cè)試

精確量取100 mL 預(yù)先配制好的100 mg/L 剛果紅溶液放入錐形瓶中，加入0.1 g Lye-EMC 纖維，恒溫振蕩，進(jìn)行吸附試驗(yàn)。利用紫外分光光度計(jì)測(cè)得吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的abs 值，再根據(jù)剛果紅濃度與abs 的相關(guān)擬合方程y=0.0175x-0.0214 計(jì)算剛果紅濃度，再根據(jù)以下公式計(jì)算其吸附量Q（mg/g）：

公式中C0是溶液的初始濃度（mg/L），Ce是吸附實(shí)驗(yàn)后溶液濃度（mg/L），m是纖維的用量（g），V是染料溶液體積（L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 賴氨酸用量對(duì)吸附量的影響

圖1 賴氨酸用量與剛果紅溶液吸附量的關(guān)系圖

從圖1 中可以看出，Lye-EMC 纖維對(duì)剛果紅溶液的吸附量隨著賴氨酸用量的增加而增加，后趨于平衡，吸附量達(dá)到89.23 mg/g。EMC 纖維含有大量的環(huán)氧基團(tuán)，氨基與其接觸比較充分，從而能夠促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，纖維素分子鏈上的氨基增多，對(duì)剛果紅溶液的吸附量也隨之增加，因此賴氨酸的選擇用量為4 g。

2.2 催化劑用量對(duì)吸附量的影響

從圖2 可以看出，吸附量隨著Na2CO3用量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。在一定量的堿性催化條件下，Lye-EMC 纖維的產(chǎn)率增加，對(duì)剛果紅的吸附量增加。當(dāng)Na2CO3用量過多時(shí)，環(huán)氧基遭到破壞，Lye-EMC 纖維產(chǎn)量降低，對(duì)剛果紅的吸附量減少。綜上所述，碳酸鈉的用量為0.3 g。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)吸附量的影響

由圖3 可以看出，Lye-EMC 纖維對(duì)剛果紅溶液的吸附量隨著溫度的升高先上升后下降。這可能是因?yàn)樵谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)，賴氨酸分子與EMC 分子隨著溫度的升高，反應(yīng)活性也隨之增強(qiáng)，接枝率隨之增大，從而Lye-EMC 纖維對(duì)剛果紅溶液的吸附能力增強(qiáng)；溫度過高，使得EMC 發(fā)生水解，環(huán)氧基被破壞，截至率下降，從而Lye-EMC 對(duì)剛果紅溶液的吸附能力減弱。因此反應(yīng)溫度選擇55 ℃。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附量的影響

圖2 碳酸鈉用量與剛果紅溶液吸附量的關(guān)系圖

圖3 溫度與剛果紅溶液吸附量的關(guān)系圖

從圖4 中可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，Lye-EMC 纖維對(duì)剛果紅溶液的吸附也逐漸增加，直到反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3 h 后，Lye-EMC 纖維對(duì)剛果紅溶液的吸附量也不再增加，基本保持不變狀態(tài)。這是隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，賴氨酸分子與EMC 纖維的環(huán)氧基基團(tuán)碰撞的機(jī)會(huì)增加，接枝率增大，從而對(duì)剛果紅溶液的吸附能力變大，增加了吸附量；當(dāng)時(shí)間超過3 h 時(shí)，環(huán)氧化棉桿皮微晶纖維素纖維與賴氨酸已充分反應(yīng)，氨基接枝數(shù)量基本不再發(fā)生變化，從而使得對(duì)剛果紅的吸附量基本保持不變。因此反應(yīng)時(shí)間選擇3 h。

圖4 時(shí)間與剛果紅溶液吸附量的關(guān)系圖

3 結(jié)論

在4 g 賴氨酸用量為4 g、Na2CO3用量為0.3 g、反應(yīng)溫度為55 ℃以及反應(yīng)時(shí)間為3 h 時(shí)，制得的氨基化微晶纖維素纖維對(duì)剛果紅溶液的效果最好，為89.23 mg/g。