木质素改性及其对染料的吸附性能

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中山大学学报 (自然科学版)
第 ５８ 卷
体、 大气、 土壤等污染ꎬ 由于其严重影响动植物包 括人体的健康ꎬ 因此环境治理成为世界性的重要课 题ꎬ 也是关乎全体国民健康ꎬ 子孙万代幸福的重要 任务ꎮ 其中ꎬ 水处理是当前环境保护的重要方面ꎬ 水污染的来源包括重金属、 有机质等[１４ － １７] ꎮ 采用 吸附材料对水环境中污染物进行吸附是水处理的重 要方法ꎬ 然而现今污染物吸附的水环境治理技术存 在诸多问题ꎬ 例如ꎬ 水处理材料价格较高ꎬ 而吸收 效率却偏低[１８ － １９] ꎮ 因此ꎬ 如何降低污水的处理成 本ꎬ 甚至废物利用ꎬ 同时提高水处理效率是进行环 境治理研究的重要方向ꎮ 染料污染物是水体污染物 的重要部分ꎬ 由于其能够致癌等ꎬ 对人体危害极 大ꎮ 同时ꎬ 木质素作为可再生资源加工时不会释放 出 ＣＯ２ ꎬ 不会引起温室效应ꎬ 因此开发基于木质素 的新型功能材料ꎬ 不仅可以减少木质素本身向环境 排放造成污染的问题ꎬ 也可实现这种可再生资源的 高附加值利用ꎬ 实现 “ 废弃物治污”ꎬ 具有重要的 意义[２０ － ２１] ꎮ
环境污染是当今世界的重要问题ꎬ 主要包括水
∗ 收稿日期: ２０１８ － ０４ － ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ４ 基金项目: 国家自然科学基金 (５１３０３２０６) ꎻ 重庆市教委科技项目 ( ＫＪ１６０１２０９) ꎻ 长江师范学院人才引进计划项目 (２０１６ＫＹＱＤ２１) 作者简介: 陈凤贵 (１９８３ 年生) ꎬ 男ꎻ 研究方向: 功能性高分子的制备与性能ꎻ Ｅ￣ｍａｉｌ: ｆｇｃｈｅｎ＠ ｙｚｎｕ������ ｃｎ
高高分子材料的抗氧化性能等[５ －７] ꎻ 还可以作为大 分子量高分子化合物合成的大单体[７ －８] ꎮ 特别是ꎬ 由于木质素富含酚羟基ꎬ 具有较好的重金属、 芳 烃、 染料等污染物的吸附能力[３ꎬ ９ － １１] ꎬ 可应用于污 染物处理材料ꎮ 但迄今为止ꎬ 木质素却通常作为造 纸等工业废弃物存在[１２ － １３] ꎬ 超过 ９５％ 的木质素仍 以黑液污染物形式直接排入环境中ꎬ 很少得到有效 利用ꎬ 并对环境造成污染ꎮ
ＣＨＥＮ Ｆｅｎｇｇｕｉꎬ ＬＩ Ｊｉａｏꎬ ＨＵＡＮＧ Ｌｕꎬ ＬＩＵ Ｚｈｉｈｅｎｇꎬ ＬＩ Ｘｉａｏｙａｎꎬ ＹＡＮＧ Ｌｉ ( Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｇｒｅｅｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ｗｕｌｉｎｇ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｅａｓ∥Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０８１００ꎬＣｈｉｎａ)
第 ５８ 卷 第 ２ 期 ２０１９ 年 ３ 月
中山大学学报 (自然科学版) ＡＣＴＡ ＳＣＩＥＮＴＩＡＲＵＭ ＮＡＴＵＲＡＬＩＵＭ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＴＩＳ ＳＵＮＹＡＴＳＥＮＩ
Ｖｏｌ������ ５８ Ｎｏ������ ２ Ｍａｒ������ ２０１９
ＤＯＩ:１０������ １３４７１ / ｊ������ ｃｎｋｉ������ ａｃｔａ������ ｓｎｕｓ������ ２０１９������ ０２������ ０１３
木质素是结构中富含芳香基团、 酚羟基以及烷 羟基、 羧基等官能基团的芳香环结构天然高分子生 物质材料[１] ꎬ 其在植物中含量仅次于纤维素ꎬ 而 且每年都以 ５００ 亿 ｔ 的速度再生ꎮ 造纸制浆工业每 年要从植物中分离出大约 １������ ４ 亿 ｔ 纤维素ꎬ 但同时 也得到 ５ ０００ 万 ｔ 左右的木质素副产品ꎬ 因此它来 源丰富、 价格低廉ꎮ 木质素含碳量丰富ꎬ 可以作为 碳纤 维、 碳 纳 米 管、 活 性 炭 等 碳 材 料 的 原 材 料[２ －４] ꎻ 也可用于增强高分子材料的机械性能ꎬ 提
关键词: 木质素改性ꎻ 脱甲基反应ꎻ 交联反应ꎻ 冷冻干燥ꎻ 罗丹明 Ｂꎻ 染料吸附 中图分类号: ＴＱ３５１������ ０１ ＋３ 文献标志码: Ａ 文章编号: ０５２９ － ６５７９ (２０１９) ０２ － ０１０３ － ０７
Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅｚｅ￣ｄｒｉｅｄ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｄ ｌｉｇｎｉｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｌｉｇｎｉｎ ｉｓ ａ ｎａｔｕｒａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａｂｕｎｄａｎｔ ｃａｔｅｃｈｏｌ ｇｒｏｕｐｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｒｅ￣ ｍｏｖｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｉｔｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒꎬ ｌｉｇｎｉｎ ｗａｓ ｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｄ ｗｉｔｈ ｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅ ( ＧＡ) . Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬ ｌｉｇｎｉｎ ｗａｓ ｄｅｍｅｔｈｙｌａｔｅｄ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｌ ｇｒｏｕｐ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｌｉｇｎｉｎ ｗａｓ ａｌｓｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｆｒｅｅｚｅ￣ｄｒ￣ ｙｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｒｏｍ ０������ ００２ ｍ２ / ｇ ｔｏ ０������ ８２６ ｍ２ / ｇꎬ ｗｈｉｃｈ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｌｉｇ￣ ｎｉｎ ｏｎ ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ２������ ０ ｍｇ / ｇ ｔｏ １９������ ２ ｍｇ / ｇ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｌｉｇｎｉｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻ ｄｅｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎꎻ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇꎻ ｆｒｅｅｚｅ￣ｄｒｙｉｎｇꎻ ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂꎻ ｄｙｅ ａｄｓｏｒｐ￣ ｔｉｏｎ
木质素改性及其对染料的吸附性能∗
陈凤贵ꎬ 李娇ꎬ 黄露ꎬ 刘志恒ꎬ 李小燕ꎬ 杨丽
( 长江师范学院化学化工学院∥武陵山片区绿色发展协同创新中心ꎬ 重庆 ４０８１００)
摘 要: 生物质材料木质素由于富含酚羟基可应用于水体污染物的吸附ꎬ 为改进木质素分子由于容易分散或溶
解于水体中造成对环境的污染ꎬ 通过戊二醛等进行交联避免了木质素分子对水体的溶解与扩散ꎬ 通过脱甲基反 应增加了木质素分子结构中的酚羟基基团数量ꎬ 以及通过冷冻干燥技术显著提高材料的比表面积 ( 由 ０������ ００２ ｍ２ / ｇ 增加到 ０������ ８２６ ｍ２ / ｇ) ꎬ 使交联木质素的吸附容量由 ２������ ０ ｍｇ / ｇ 增加至 １９������ ２ ｍｇ / ｇꎬ 显著提高了木质素材料对污染 物的吸附性能ꎮ