氨基化微晶纖維素吸附纖維的制備及工藝探討

禚慧，張云鑫，孔令訓，魏春艷

（大連工業大學紡織與材料工程學院，遼寧大連 116034）

近幾十年來，紡織工業的發展將染料帶入了水生環境，對人類健康和生物構成嚴重威脅。因此，迫切需要處理染料廢水[1,2]。纖維素是自然界中隨處可見的可再生資源之一。它是木材，并被用于應對許多領域的各種污染[3]。從植物中分離出來的纖維素原料具有較低的吸附能力，因此纖維素必須經過化學改性或物理改性才能產生良好的吸附能力[4-6]。

本實驗通過環氧氯丙烷與微晶纖維素纖維發生親核取代反應制得EMC 纖維，后利用賴氨酸對EMC 纖維改性制得Lye-EMC 纖維。探究了制得Lye-EMC 纖維的最佳條件。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：環氧化微晶纖維素纖維，實驗室自制；賴氨酸，上海麥克林生化有限公司；碳酸鈉，天津科密歐化學試劑有限公司；剛果紅，天津科密歐化學試劑有限公司；氫氧化鈉，滄州群意化工有限公司；鹽酸，信陽市化學試劑廠；實驗用水均為去離子水。

儀器：紫外可見光分光光度計，上海元析儀器有限公司；SHA-A 型水浴恒溫振蕩器，上海聚宏儀器設備有限公司。

1.2 試驗方法

將0.5 g EMC 纖維放進燒瓶中，然后添加去離子水，再加入一定量的Na2CO3、一定量的賴氨酸，在一定溫度的水浴鍋中反應一定時間，后將其水洗至中性，在烘箱中烘干得到Lye-EMC 纖維。

1.3 吸附性能測試

精確量取100 mL 預先配制好的100 mg/L 剛果紅溶液放入錐形瓶中，加入0.1 g Lye-EMC 纖維，恒溫振蕩，進行吸附試驗。利用紫外分光光度計測得吸附實驗結束后的abs 值，再根據剛果紅濃度與abs 的相關擬合方程y=0.0175x-0.0214 計算剛果紅濃度，再根據以下公式計算其吸附量Q（mg/g）：

公式中C0是溶液的初始濃度（mg/L），Ce是吸附實驗后溶液濃度（mg/L），m是纖維的用量（g），V是染料溶液體積（L）。

2 結果與討論

2.1 賴氨酸用量對吸附量的影響

圖1 賴氨酸用量與剛果紅溶液吸附量的關系圖

從圖1 中可以看出，Lye-EMC 纖維對剛果紅溶液的吸附量隨著賴氨酸用量的增加而增加，后趨于平衡，吸附量達到89.23 mg/g。EMC 纖維含有大量的環氧基團，氨基與其接觸比較充分，從而能夠促進反應的進行，纖維素分子鏈上的氨基增多，對剛果紅溶液的吸附量也隨之增加，因此賴氨酸的選擇用量為4 g。

2.2 催化劑用量對吸附量的影響

從圖2 可以看出，吸附量隨著Na2CO3用量的增加呈先上升后下降的趨勢。在一定量的堿性催化條件下，Lye-EMC 纖維的產率增加，對剛果紅的吸附量增加。當Na2CO3用量過多時，環氧基遭到破壞，Lye-EMC 纖維產量降低，對剛果紅的吸附量減少。綜上所述，碳酸鈉的用量為0.3 g。

2.3 反應溫度對吸附量的影響

由圖3 可以看出，Lye-EMC 纖維對剛果紅溶液的吸附量隨著溫度的升高先上升后下降。這可能是因為在一定的溫度范圍內，賴氨酸分子與EMC 分子隨著溫度的升高，反應活性也隨之增強，接枝率隨之增大，從而Lye-EMC 纖維對剛果紅溶液的吸附能力增強；溫度過高，使得EMC 發生水解，環氧基被破壞，截至率下降，從而Lye-EMC 對剛果紅溶液的吸附能力減弱。因此反應溫度選擇55 ℃。

2.4 反應時間對吸附量的影響

圖2 碳酸鈉用量與剛果紅溶液吸附量的關系圖

圖3 溫度與剛果紅溶液吸附量的關系圖

從圖4 中可以看出，隨著反應時間的增加，Lye-EMC 纖維對剛果紅溶液的吸附也逐漸增加，直到反應時間達到3 h 后，Lye-EMC 纖維對剛果紅溶液的吸附量也不再增加，基本保持不變狀態。這是隨著反應時間的增加，賴氨酸分子與EMC 纖維的環氧基基團碰撞的機會增加，接枝率增大，從而對剛果紅溶液的吸附能力變大，增加了吸附量；當時間超過3 h 時，環氧化棉桿皮微晶纖維素纖維與賴氨酸已充分反應，氨基接枝數量基本不再發生變化，從而使得對剛果紅的吸附量基本保持不變。因此反應時間選擇3 h。

圖4 時間與剛果紅溶液吸附量的關系圖

3 結論

在4 g 賴氨酸用量為4 g、Na2CO3用量為0.3 g、反應溫度為55 ℃以及反應時間為3 h 時，制得的氨基化微晶纖維素纖維對剛果紅溶液的效果最好，為89.23 mg/g。