生物質(zhì)基去污材料的制備及去污研究.pdf

1、以魔芋葡甘聚糖(KGM)、木質(zhì)素磺酸鈣、殼聚糖為原料，通過改性和復(fù)配分別制備了KGM醋酸酯基去污溶膠和木質(zhì)素/殼聚糖基去污溶膠。并將其噴涂于模擬核素和重金屬元素U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)、Cr(Ⅲ)污染的涂漆平板上，成膜去污，去污后KGM醋酸酯基膜自脫落，木質(zhì)素/殼聚糖膜自崩解。研究了KGM、木質(zhì)素等生物質(zhì)改性、去污溶膠復(fù)配、去污溶膠流變性、成膜性、去污特性、去污膜力學(xué)性能以及60Co輻照對溶膠去污和去污膜性能的影響，并采用紅外光譜(FTIR

2、)、X射線能譜(EDX)和X射線光電子能譜(XPS)分析等對去污機理進行了初步研究。主要結(jié)果如下:
　　1、采用馬來酸酐、沒食子酸、鄰苯二甲酸酐及醋酸酐四種酯化劑對KGM酯化改性，其最大酯化度分別為0.27、0.53、0.32、2.47;將四種酯化產(chǎn)物分別溶于丙酮、二氯甲烷、冰醋酸三種不同的有機溶劑中，制備出去污溶膠，成膜去污，其平均去污率分別為69.9％、81.3％、70.3％和95.0％。綜合考慮成膜效果、成膜時間、去污率以及

3、去污成本和溶劑毒性等因素，確定醋酸酐為KGM的酯化劑，冰醋酸為成膜溶劑。
　　2、研究了反應(yīng)溫度、時間、KGM和醋酸酐添加比例對KGM醋酸酯(KGM-Acetate)溶膠的粘度、表面張力以及流變性能的影響，以及KGM-Acetate溶膠濃度對KGM-Acetate去污膜的力學(xué)性能影響;采用FTIR、熱重(TGA)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)等現(xiàn)代測試技術(shù)對不同酯化度的KGM-Acetate膜進

4、行表征。結(jié)果表明:當(dāng)反應(yīng)溫度在70℃、反應(yīng)時間為2h、KGM和醋酸酐比例為5g∶50ml時，獲得的KGM-Acetate溶膠粘度最大約為3000mPa.s;當(dāng)反應(yīng)溫度為50℃、反應(yīng)時間約為2.5h、KGM和醋酸酯的比例為5g∶50ml時表面張力最大約為30mPa.s。當(dāng)剪切速率大于3rad/s時其粘度均隨著剪切頻率的增加而增大，說明該去污溶膠是一種剪切變稠的流體;紅外光譜分析表明KGM發(fā)生了酯化反應(yīng)，且隨著KGM-Acetate酯化度的

5、增加，其羰基特征峰有增強的趨勢;隨著酯化度的增加，KGM-Acetate熱分解溫度逐漸降低;結(jié)晶能力降低，高值化度的KGM-Acetate為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。KGM-Acetate膜與KGM膜相比表面粗糙度和膜的表面孔徑明顯增加，并且隨著酯化度的增加表面的粗糙度增加，膜內(nèi)部孔隙增多。當(dāng)去污溶膠中KGM、醋酸酐與冰醋酸的質(zhì)量比為5g∶40ml∶40ml時，去污膜的抗拉伸強度最大，KGM量降低使得膜的強度急劇下降。
　　3、單因素去污條件研

6、究結(jié)果表明:當(dāng)去污溫度為30℃、去污時間為4.5h、初始污染值為30Bq/cm2、KGM-Acetate濃度約為50％（體積分?jǐn)?shù)）時，KGM-Acetate去污溶膠對U(Ⅵ)的最大去污率為91％左右;當(dāng)去污時間為2.5h、去污溶膠pH為3左右、用量為10ml時，KGM-Acetate去污溶膠對Th(Ⅳ)的最大去污率約為99.5％;KGM-Acetate去污溶膠對Cr(Ⅲ)的去污率在去污溶膠濃度為4.7％、去污溫度為40℃時達到最大值98

7、.7％。去污后KGM-Acetate膜的紅外譜圖中1170cm-1處的C-O伸縮振動峰明顯增強，而1730cm-1左右的羰基(C=O)的特征吸收峰有明顯的減弱。FTIR、EDX和XPS分析表明去污過程中KGM-Acetate中羰基氧和Cr3+發(fā)生了一定的絡(luò)合反應(yīng)。
　　4、去污助劑復(fù)配研究的正交試驗結(jié)果表明:去污助劑檸檬酸和EDTA的添加使KGM-Acetate去污溶膠的去污率有較為明顯的增加。且當(dāng)去污助劑配方為檸檬酸6g、EDT

8、A4g、SDBS3g、水87g時，去污溶膠的成膜時間最短。當(dāng)去污助劑配方為4g檸檬酸、1gEDTA、6gSDBS、89g水時，去污膜的剝離強度最小約為1.7N/mm，SDBS的加入能夠顯著降低去污膜的剝離強度，實現(xiàn)去污膜自脫落。綜合溶膠去污率、成膜時間及去污膜的自脫落性，確定去污助劑適宜的配方為2g檸檬酸、6gSDBS、5gEDTA和87g水。
　　5、木質(zhì)素磺酸鈣、殼聚糖為原料，通過改性和復(fù)配制備了一種木質(zhì)素/殼聚糖基去污溶膠，

9、用于固體表面模擬放射性核素U(Ⅵ)污染的去除，去污后去污膜自崩解。研究了木質(zhì)素磺酸鈣、殼聚糖添加比例、去污助劑SDBS的加入對去污膜的崩解性能和去污率的影響，以及去污條件對去污率的影響;并對去污后崩解膜顆粒進行了TGA、SEM、EDX以及XPS元素分析。結(jié)果顯示:殼聚糖在去污溶膠體系中起到成膜載體的作用，隨著殼聚糖組分的增加，去污膜崩解的速度增加，當(dāng)木質(zhì)素和殼聚糖的比例為1∶2時，去污膜的崩解速度較快，去污率較高;去污助劑的添加，有利于

10、提高去污溶膠的去污率和去污膜的崩解性，崩解時間縮短，最佳的助劑EDTA的加入量為1g/50ml。隨著去污溫度的升高，去污效率降低，常溫下的去污率最佳;去污率隨著初始污染量的增加而降低，當(dāng)污染值約為50cps時，去污率達到最大值;去污膜的熱分解溫度介于木質(zhì)素磺酸鈣和殼聚糖分解溫度之間，主要由殼聚糖的熱分解決定;木質(zhì)素/殼聚糖去污膜對于U(Ⅵ)的去除機理可是U(Ⅵ)通過離子交換取代磺酸鈣中的部分鈣，另外一部分U(Ⅵ)可能與木質(zhì)素和交聯(lián)劑甲醛

11、的羧基中氧形成絡(luò)合物。
　　6、將KGM醋酸酯基去污溶膠和木質(zhì)素/殼聚糖基去污溶膠和去污膜置于1KGy、3KGy、5KGy、7KGy、9KGy的劑量下輻照處理。研究60Co輻照對溶膠去污率及去污膜性能的影響。結(jié)果顯示:經(jīng)過輻照處理后，兩種溶膠對于U(Ⅵ)的去污率均有不同程度的降低，KGM醋酸酯基去污溶膠的去污率降低較為明顯，而殼聚糖/木質(zhì)素基去污溶膠的去污率降低幅度不大;經(jīng)過輻照處理的兩種去污膜的力學(xué)性能均有所降低，且隨著輻照劑量