環(huán)氧氯丙烷改性糠醛渣的制備

張春麗，邢 琦，任廣軍

（1. 西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏 拉薩 850000； 2. 沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

糠醛是重要的有機化工原料，用途十分廣泛，在糠醛生產(chǎn)中會產(chǎn)生廢渣，生產(chǎn)1 t糠醛將產(chǎn)生10 t以上的糠醛濕渣[1]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，糠醛的需求越來越大，糠醛的產(chǎn)量越來越多，糠醛渣的排放量自然也日益增加。糠醛廢渣成本低廉、來源廣泛、使用后不會產(chǎn)生二次污染，可以在不同行業(yè)應(yīng)用[2-4]。任廣軍等利用糠醛渣作吸附劑，研究了其對水中吸附效果[5,6]。

糠醛渣富含纖維，但這些纖維素經(jīng)過高壓硫酸的作用，表面羥基被破壞，吸附能力減弱。為提高其吸附性能，本實驗采用環(huán)氧氯丙烷對糠醛渣進行改性，制備環(huán)氧化糠醛渣。

1 實驗部分

1. 1 實驗儀器與藥品

101型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(北京市永光明醫(yī)療儀器廠);FW200高速中藥粉碎機(天津華鑫儀器廠);標準檢驗篩(上虞市宏興儀器廠); SL電子天平(上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司); SHA-B水浴恒溫振蕩器(上海浦東物理光學(xué)儀器廠); VIS-723型可見分光光度計(上海精密儀器有限公司制造). 45 μm微孔濾膜，(上海市新亞凈化器件廠) ;磁力攪拌器，(BJ-2，金壇后陽醫(yī)療器械廠)

亞甲基藍(分析純,并用二次蒸餾水配成所需溶液).氫氧化鈉溶液,環(huán)氧氯丙烷。

1.2 糠醛渣的改性方法

糠醛渣從沈陽某糠醛有限公司獲得。將糠醛渣用自來水反復(fù)清洗過濾，直到其濾液為中性。在80℃下烘干研磨過177μm篩。之后于20%的氫氧化鈉溶液中攪拌0.5 h后再浸泡18 h，然后用自來水清洗至中性，再放入烘箱中烘干，得到堿化的糠醛渣。將一定量上述糠醛渣投入裝有電動攪拌器的三口燒瓶中，加入一定量的10%的氫氧化鈉溶液，在一定溫度下，緩慢滴入環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)一定時間，然后過濾洗滌至中性，在 80 ℃下烘干研磨過 177μm篩，得到環(huán)氧氯丙烷改性糠醛渣。

1. 3 吸附實驗方法

在一組 250 mL錐形瓶中,分別加入 50 mL,50 mg·L-1的亞甲基藍溶液,再分別加入準確稱量的改性糠醛渣,在室溫下,以 160 r·min-1振蕩 60 min,測定其中亞甲基藍的殘留量(亞甲基藍的分析采用分光光度法,波長為665 nm),計算水溶液中亞甲基藍的去除率.其中去除率與計算如下:

式中 : η—去除率；

C0—初始濃度,mg/L;

Ce—平衡濃度,mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)時間對改性糠醛渣性能的影響

預(yù)先設(shè)定反應(yīng)溫度為40 ℃；環(huán)氧氯丙烷濃度為70%；糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4；考察反應(yīng)時間對改性糠醛渣性能的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 反應(yīng)時間的影響Fig.1 Effect of the reaction time

由圖1可以看出，隨著糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)時間的增加，改性糠醛渣對亞甲基藍的吸附去除率先逐漸增大,再逐漸減小。30 min時達到最大值。去除率達到95%。這說明反應(yīng)初始階段新孔的形成占主導(dǎo)地位，吸附能力增強；反應(yīng)進行到一定時間后，先生成的部分微孔結(jié)構(gòu)可能被破壞，引起孔徑增大，吸附性能下降。故糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)時間取30 min最佳。

2.2 反應(yīng)溫度對改性糠醛渣性能的影響

預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為30 min,環(huán)氧氯丙烷濃度為70%；糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4, 考察反應(yīng)溫度對改性糠醛渣性能的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，改性糠醛渣對亞甲基藍的吸附去除率逐漸升高，60 ℃時到最大值；去除率為97.8%。當溫度的進一步升高，吸附量稍有下降，這說明在反應(yīng)過程中，反應(yīng)產(chǎn)物新孔結(jié)構(gòu)的形成和破壞是同時進行的，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生大量的微孔，但溫度過高，孔結(jié)構(gòu)的破壞占優(yōu)勢。故改性反應(yīng)溫度取60 ℃為宜。

圖2 反應(yīng)溫度的影響Fig.2 Effect of the reaction temperature

2.3 環(huán)氧氯丙烷濃度對改性糠醛渣性能的影響

預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為 30 min，反應(yīng)溫度為 60℃，糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4，考察環(huán)氧氯丙烷濃度對改性糠醛渣性能的影響，結(jié)果如圖 3所示。

圖3 環(huán)氧氯丙烷濃度的影響Fig.3 Effect of the reaction concentration

由圖3可以看出：當環(huán)氧氯丙烷濃度由10%增至 70%時，亞甲基藍去除率逐漸從 94%增加到98.8%；而當環(huán)氧氯丙烷濃度再繼續(xù)增至100%時，亞甲基藍吸附量反而下降。故環(huán)氧氯丙烷濃度取70%為宜。

2.4 糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比對改性糠醛渣性能的影響

預(yù)先設(shè)定反應(yīng)時間為 30 min，反應(yīng)溫度為 60℃，環(huán)氧氯丙烷濃度為70%，考察糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比對改性糠醛渣性能的影響，結(jié)果如圖 4所示。

由圖4可知，隨著糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比的增加，亞甲基藍的去除率增加，當糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4時，亞甲基藍的去除率達到最大值 98.5%。當糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比超過 1︰4時，亞甲基藍的去除率開始下降，因此，糠醛渣與環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量比為1︰4的比值為最佳。

圖4 固液比的影響Fig. 4 Effect of solid-to-liquid ratio

3 結(jié) 論

（1）利用環(huán)氧氯丙烷可以和糠醛渣發(fā)生醚化反應(yīng),制備改性糠醛渣,從而提高纖維素的吸附性能,改性后的糠醛渣吸附亞甲基藍溶液的去除率可達98%。

（2）環(huán)氧氯丙烷改性糠醛渣的最佳改性條件為反應(yīng)時間30 min，反應(yīng)溫度60 ℃，環(huán)氧氯丙烷濃度70%，固液比1︰4。

（3）以糠醛渣作為吸附劑處理含亞甲基藍廢水,是一種有效的方法.該方法實現(xiàn)了以廢治廢的廢物資源化目標,具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

［1］趙修松，蔡光宇.糠醛渣活性炭的制備和性能研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),1994,14(2)：57-60.

［2］吳東火,等. 淺談一臺35t/h中溫中壓糠醛渣差速流化床鍋爐的設(shè)計[J]. 工業(yè)鍋爐, 2003(2)：12-14.

［3］萬強，張秀菊.糠醛渣稀土有機肥的施用效果研究[J].四川稀土,200 5(1)：16-18

［4］苑美榮.基于硅灰石的 TiO2復(fù)合多孔材料以及糠醛渣制備活性炭的研究[D].長春：吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007：69-81.

［5］任廣軍，張春麗，趙軍霞，等. 糠醛渣對Cr(Ⅵ)的吸附性能[J].電鍍與精飾，2009，31（6）：9-11.

［6］任廣軍，高曉榮.糠醛渣對亞甲基藍的吸附性能研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2009，28（3）：62-65.