木质素磺酸镁分级纯化制备吸附材料与性能研究

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造纸工业中酸性亚硫酸盐法制浆的主要副产物——木质素磺酸盐,除了少部分用于高分子表面活性剂外,大部分仅是简单的热能利用或直接排放,造成严重的环境污染。木质素自身含有以苯丙烷为骨架的疏水基团及多种活性亲水基团,为化学改性制备高分子材料提供了可能,但由于工业木质素磺酸盐纯度低且分子量高度分散的特性,严重影响了木质素磺酸盐的工业应用性能;因此对木质素磺酸盐进行纯化分离,并经适当的改性反应,制备木质素基吸附材料,研究原料分级纯化对改善其应用性能的作用,对实现木质素的工业实际应用具有现实指导意义。本文采用不同截留分子量(MWCO)的超滤膜将原料蔗渣木质素磺酸镁(RMLS)分级纯化成不同分子量的级分,并以此为原料,甲醛为交联剂,制备木质素基吸附材料,探讨不同原料级分及吸附条件下,吸附材料对模拟含铅废水的吸附性能。采用超滤法分级纯化RMLS,分析了各级分的纯度、总糖及三种主要基团的含量。结果表明,随着MWCO降低,各级分木质素磺酸镁(MLS)有效含量呈降低的趋势,且各级分的总糖含量与其MLS有效含量呈正相关性,其中<5K与<3K的MLS级分总糖含量最低,分别为9.27%、7.79%;RMLS经超滤分级后,各级分的酚羟基和磺酸基的含量显著提高,随着MWCO增大,级分的酚羟基、羧基和磺酸基的含量均减少;在MWCO大的级分中,MLS的酚羟基含量因较大地醚化和缩合减少;而在低MWCO的级分中,MLS有效含量都比较低,含有大量糖类和低分子量糖酸和糖磺酸等有机物,因而其磺酸基和羧基含量较高。超滤分级MLS与甲醛的缩聚反应表明,仅有>10K、5K-10K、>5K的级分和RMLS可由缩聚反应制备获得缩聚产物,其中>10K级分的缩聚产物得率最大,可达51.0%,而5K-10K级分的缩聚产物得率最小,仅为3.1%;这与文献报道的草本科的蔗渣MLS主要集中在10K Da片段,并且MLS中以愈创木基和紫丁香基为主要构成的结果相一致。研究了>10K级分的缩聚产物(PM1Ok)、>5K级分缩聚产物(PM5K’)和RMLS缩聚产物(PRMLS)对模拟含Pb2+废水的吸附性能,结果表明,三者对40mg/L Pb2+吸附量分别为25.45mg/g,24.8mg/g,23.12mg/g;选取最佳吸附性能的PM10K作为吸附剂,探讨了温度、pH、投加量对Pb2+吸附的影响:PM10K对200mg/L Pb2-的吸附在90min后达到平衡,其平衡吸附量为69.75mg/g;PM10K对Pb2-的吸附高度符合Langmuir吸附等温模型,Langmuir最大吸附量Qm为108.70mg/g;随着温度升高(308K-318K),平衡吸附量略微降低;pH是影响PM10K对Pb2+吸附的重要因素,当pH=2.25时,PM10K对Pb2+的平衡吸附量最大,为113.15mg/g;整个吸附过程遵循准二级动力学模型,热力学参数计算结果表明PM10K对Pb2+的吸附是自发进行并且是吸热过程。
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