[00121426]微波辅助合成木质素基二硫代氨基甲酸盐重金属离子捕捉剂及其机理研究

在当前化石资源日益短缺和环保要求日益严格的趋势下,开发来源丰富、可再生、 环境友好的生物质功能化材料具有非常重要的意义。木质素是地球上第二丰富的生物质资源,其功能化材料的研究与利用面临着新的机遇。为了提高木质素的改性效率,项目采取微波加热对木质素进行二硫代氨基甲酸基改性。研究了微波加热工艺参数（物料配比,反应温度,反应时间等）对典型木质素：碱木质素、酶水解木质素和甘蔗渣木质素改性产品的影响规律,得出最优改性工艺条件。对产品进行了红外、XPS、SEM、元素分析、TGA等表征。结果发现,改性后的产品粒径变小,表面变得疏松。在与常规加热对比中发 现,微波加热可大大缩短反应所需时间（如碱木质素改性工艺中常规加热需5h,而微波加热仅20min）,微波加热使反应时间缩短15倍,大大提高了改性效率。这是由于微波加热下,反应物分子间的运动加剧,提高分子的能量,降低反应活化能,大大增加反应 物分子的碰撞频率,使反应迅速完成。通过测定反应过程中木质素浓度的变化,计算其转化率α,建立α与反应时间t之间的函数关系,得出反应动力学模型。结果发现,三种木质素符合n级反应动力学模型,其反应速率常数k与原料的结构特征有关,如酚羟基含 量和分子量大小。进一步研究了碱木质素、酶水解木质素和甘蔗渣木质素二硫代氨基甲 酸盐对重金属的吸附性能。考察了pH、添加量、时间、初始浓度、温度等对吸附的影响,并探讨了吸附动力学、热力学和吸附机理。结果发现改性产品对重金属表现出优异的 吸附性能,如碱木质素二硫代氨基甲酸盐对Pb（II）离子的饱和吸附量达到105.8 mg/g, 大大高于木质素（14.3mg/g）和活性炭（27 mg/g）;酶水解木质素二硫代氨基甲酸盐对Hg（I I）的饱和吸附量为180mg/g,是纤维素的14倍。吸附动力学符合二次模型,吸附热力学符合Langmuir模型,表明吸附是单层吸附且主要控制步骤为化学吸附。木质素基重金属捕捉机的开发既可解决工业木质素副产物的处理难题,又可提高其利用价值,对促进环境保护、生物资源的开发有重要的指导作用。