柠檬酸改性糠醛渣的制备

王 昕，邢 琦，任广军

（沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159）

改性纤维素吸附剂是运用化学、物理方法对含有丰富纤维素的物质加工处理，使之成为一类具有较高吸附性能的高分子材料。纤维素在地球上是最为丰富的天然的高分子材料，来源非常广泛，如麻、棉花、木屑、大豆壳、谷壳、锯屑、秸秆、稻壳等等，纤维素就是主要成分[1-3]，这些农作物在中国大部被废弃并未得到有效利用，既污染环境又造成浪费[4-6]。如果将这些资源加以利用的话，就可以变废为宝，提高了该物质本身的经济效益，同时，对保护环境和资源的再利用大有裨益。如Gong等[7]将稻草用柠檬酸进行改性实验，制备出改性稻草吸附剂吸附亚甲基蓝染料，具有很好吸附效果。本试验采用糠醛渣为吸附剂，以柠檬酸作为改性剂，制备了改性糠醛渣吸附剂。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药品

101型电热鼓风恒温干燥箱;FW200高速中药粉碎机; SHA-B水浴恒温振荡器VIS-723型可见分光光度计。

试剂为亚甲基蓝.氢氧化钠,柠檬酸，异丙醇等，均为分析纯。

1.2 糠醛渣的改性

首先，将糠醛渣用清水浸泡后再用蒸馏水洗涤，烘干至恒重。将处理好的糠醛渣用研钵粉碎，用20%的异丙醇对粉碎的糠醛渣进行浸泡，搅拌24 h，抽滤，水清洗至无色，抽滤后，将样品置于干燥箱中，在80 ℃烘干24 h。之后加入20%的NaOH 溶液，搅拌1 h，室温下抽滤后，再加入蒸馏水搅拌45 min，在室温下抽滤后，将样品放入 80 ℃干燥箱中烘干24 h，然后将上述糠醛渣浸入一定浓度的柠檬酸溶液中，在25 ℃下搅拌1 h，抽滤，在室温下水洗抽滤后，在80 ℃烘干箱中烘干24 h[1]。得到柠檬酸改性糠醛渣吸附剂。

2 结果与讨论

2.1 反应时间对改性糠醛渣吸附性能的影响

反应温度为80 ℃；柠檬酸质量浓度为100 g/L；糠醛渣与柠檬酸的质量比为1︰3；只调节反应时间，反应时间调节范围为10～120 min，分批进行亚甲基蓝吸附实验。实验结果如图1所示。

图1 反应时间的影响Fig.1 Effect of reaction time on adsorption

由图1可以看出，在反应初期，随着反应时间的增加，柠檬酸改性糠醛渣对亚甲基蓝的吸附去除率逐渐增大,反应时间为60 min时对亚甲基蓝的吸附去除率达到 97.3%。之后随着反应时间的增加，柠檬酸改性糠醛渣对亚甲基蓝的吸附去除率领略有下降，故确定柠檬酸与糠醛渣之间的反应时间取60 min为宜。

2.2 反应温度对改性糠醛渣吸附性能的影响

反应时间为60 min,柠檬酸质量浓度为100 g/L；糠醛渣与柠檬酸质量比为1︰3,只调节反应温度，在水浴锅中加热，分批进行亚甲基蓝吸附实验。实验结果如图2所示。

图2 反应温度的影响Fig.2 Effect of the reaction temperature

由图2可以看出，用柠檬酸对糠醛渣进行改性时，反应温度对改性糠醛渣的吸附性能有一定的影响，当采用 80 ℃的温度对糠醛渣进行改性时，得到的柠檬酸改性糠醛渣的吸附性能最好，其对亚甲基蓝的吸附去除率达到最大值，当反应温度低于或高于 80 ℃时，其得到的改性糠醛渣的吸附性能均有下降。故用柠檬酸对糠醛渣进行改性时的反应温度取80 ℃为宜。

2.3 柠檬酸浓度对改性糠醛渣吸附性能的影响

反应时间为60 min，反应温度为80 ℃，糠醛渣与柠檬酸质量比为1︰3，只调节柠檬酸质量浓度，分别配制质量浓度为 20，50，80，100，200，400 g/L的柠檬酸溶液，分批进行亚甲基蓝吸附实验。实验结果如图3所示。

图3 柠檬酸质量浓度影响Fig.3 Effect of the reaction concentration

由图3可以看出，采用柠檬酸对糠醛渣进行改性时，所用柠檬酸的质量浓度存在一个最佳值，即当所用柠檬酸的质量浓度为100 g/L时，所得到的柠檬酸改性糠醛渣的吸附性能最佳，对亚甲基蓝的吸附去除率逐客达 97.8%，当所用柠檬酸的质量浓度低于或高于100 g/L时，所得到的柠檬酸改性糠醛渣的吸附性能均有下降，故柠檬酸质量浓度取100 g/L为宜。

2.4 糠醛渣与柠檬酸质量比对改性糠醛渣吸附性能的影响

反应时间为60 min，反应温度为80 ℃，柠檬酸质量浓度为100 g/L，糠醛渣与柠檬酸质量比的范围为1︰1～1︰6，分批进行亚甲基蓝的吸附实验。实验结果如图4所示。

由图4可知，随着糠醛渣与柠檬酸质量比的增加，获得的柠檬酸改性糠醛渣的吸附性能先增加后减少，当改性时糠醛渣与柠檬酸质量比为1︰3时，柠檬酸改性糠醛渣的吸附性能最佳，对亚甲基蓝的吸附去除率达到最大值 98.2%。因此，糠醛渣与柠檬酸质量比为1︰3的比值为宜。

图4 固液比的影响Fig.4 Effect of solid-to-liquid ratio

3 结 论

利用柠檬酸对分别用异丙醇和氢氧化钠处理后的糠醛渣进行改性，得到了柠檬酸改性糠醛渣。当柠檬酸改性糠醛渣时的反应时间为60 min，反应温度为80 ℃，柠檬酸质量浓度为100 g/L，固液比为1︰3时，获得的改性糠醛渣吸附性能最佳，对水中亚甲基蓝的吸附去除率可达到98.2%。

［1］陈丽华.改性纤维素吸附剂的制备及其对重金属离子的吸附[J].中国新技术新产品,2009(12):6.

［2］赵秀清. 改性纤维素吸附剂对重金属离子的吸收[J].中国新技术新产品,2010(11):131.

［3］高晓荣. 糠醛渣与改性糠醛渣的制备、表征及吸附特性研究[D]. 沈阳：沈阳理工大学，2009.

［4］冯利，陈中兰，王成.环氧小麦秸秆纤维素球的制备与表征[J]. 纤维素科学与技术,2009(12): 2-5.

［5］高洁, 汤烈贵. 纤维素科学[M]. 北京: 科学出版社, 1999.

［6］尹小红. 农产品废弃物纤维素阴离子交换剂的制备和应用[D]. 西安: 西北大学, 2002.

［7］Gong R ,Zhong K ,Hu Y,et al. Thermochcmical esterifyingcitric acid onto lignocellulose for enhancing methylene bluesorption capacity of rice straw [J]. Journal of Environmental Management,2008,88(4):875-880.