农业废弃物制备纤维状离子交换剂的研究

摘要

离子交换纤维是一种新型吸附材料，由于它比表面积大、传质距离短、吸附和解吸速度快，与传统的颗粒状离子交换树脂相比有明显的动力学优势，并可以多种形式应用，近年来引起了人们的广泛关注并得到了较大的发展。我国作为一个农业大国，每年各种废弃的农作物废弃纤维产量巨大，由农作物废弃纤维制取高附加值的纤维状离子交换剂，不仅原料来源广泛，价格低廉，且制备工艺绿色环保，应用前景广泛，为废弃农作物纤维的有效利用找到了一条新的途径。 本论文中采用几种常见的农作物 (如稻秆、棉杆、稻壳、黄麻等)原料，以它们为基体，通过化学改性的方法来制备纤维状阴离子交换剂，并研究制备过程中工艺参数的影响，寻求优化的制备工艺参数，检测了所得纤维状离子交换剂的阴离子交换性能，采用的阴离子主要有砷酸根离子、氟离子和直接耐晒翠蓝离子。 由农作物废弃纤维经过预处理、碱化、老化、交联、胺化等一系列工艺步骤来制备纤维状阴离子交换剂，系统研究了老化时间、交联时间以及胺化温度等对产品性能的影响。研究表明，采用本论文提出的工艺可以由常见的农作物废弃物 (如稻秆、棉杆、稻壳、黄麻等) 成功制备纤维状阴离子交换剂。实验结果表明，老化时间 4 小时，交联时间 24 小时，胺化剂为三甲胺盐酸盐，胺化温度 65℃时制备的纤维状离子交换剂性能较好，与商业的离子交换剂纤维的离子交换性能相当。 在动力学研究时，采用正交设计的方法，探讨了反应的pH值、反应时间以及温度对离子交换率的影响。实验得出了在pH值为5、温度为60℃、反应时间为120min时的离子交换效果达到最优。由实验数据拟合得到前 80min 速率方程 r=0.21Cexp0.03168t，80min 以后速率方程r=5.94Cexp0.0038t，从而证明了与所假设的离子吸附交换机理一致，即离子交换行为前段为膜扩散所控制，反应 80min 后为颗粒扩散控制，浓度变化呈线性规律。

目录

文摘

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引言

第1章绪论

1.1离子交换技术在工业生产中的应用

1.1.1离子交换树脂

1.1.2离子交换纤维

1.2离子交换纤维的制备

1.3离子交换纤维的应用

1.4本课题的选题背景与研究内容

第2章离子交换纤维交换吸附的相关理论

2.1离子交换机理

2.2离子交换控制机理的判断

2.3离子交换过程的数学模型

第3章实验装置及方案

3.1实验装置及试剂

3.2实验方案

3.2.1离子交换纤维的改性合成及表征

3.2.2离子交换纤维的交换吸附性能研究

第4章 实验结果与分析

4.1纤维状离子交换剂的表征

4.2离子交换纤维制备工艺参数研究

4.2.1老化时间对纤维交换吸附性能的影响

4.2.2交联时间对纤维交换吸附性能的影响

4.2.3胺化温度对纤维交换吸附性能的影响

4.2.4胺化剂种类对纤维交换吸附性能的影响

4.3影响离子交换效果的因素及交换动力学研究

4.3.1 pH值对纤维吸附交换性能的影响

4.3.2反应时间对纤维交换吸附性能的影响

4.3.3反应温度对纤维交换吸附性能的影

4.4与商业离子交换剂的比较

4.5农作物制备的离子交换剂的交换机理探讨

第5章结论与建议

5.1结论

5.2后续工作建议

参考文献

攻读硕士期间发表论文及申请专利

致谢