CMC吸水性纱布的制备与吸附性能研究

作     者：密叶 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李群

授予年度：2013年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：羧甲基化纱布 吸附 动力学 热力学 

摘      要：对纤维进行羟甲基化处理,可将强亲水性的羟甲基引入纤维素分子结构中,使其吸收液体的能力显著提高。本文以普通棉纱布为原料,乙醇为介质,采用MCA醚化反应制备了含羟基基因的亲水性羟甲基纤维索（CMC）纱布。对制备的CMC样品进行了红外光谱分析,研究了DS值与反应条件的关系、研究了样品的吸附性能并对吸附过程进行了热力学和动力学模拟。具体研究内容如下： 1、综述了CMC的发展历史、主要生产厂家、市场需求情况等,介绍了羧甲基纤维的性质、合成原理、制备工艺、检测方法以及在不同领域的应用等。 2、研究了取代度的影响因素以及最佳制备条件。结果表明：分别增大氢氧化钠和MCA用量,取代度均先增大后减小;提高反应温度取代度呈现相同变化趋势;随着反应时间的延长,取代度逐渐增大,一小时后基本保持不变。5g脱脂棉纱布,经10g氢氧化钠碱化处理后,用5.87gMCA,60℃水浴加热,醚化反应1h,为最佳制备条件,制得的CMC产品取代度最大,DS可达43.10%。 3、研究了不同DS值的CMC纱布在不同环境中对水分子的吸附性能及其吸湿动力学。结果表明：纤维经过羧甲基化,将强亲水性的羧甲基引入分子结构中,吸收液体的能力显著提高。 （1）在模拟人体内环境中,经过羧甲基化处理的棉纱布,吸水能力显著提高,DS值越大,吸水能力越高,当取代度为43.10%时,吸水率达最大值（6.2911g/g）,此时吸水率比未处理样品提高60.84%。CMC纱布遇水后可将大量水分吸进纤维内,并保持在高分子结构中,高度溶胀,形成一整片凝胶,使纤维之间的毛细空间被堵住。 （2）在相对湿度RH=81%环境中,CMC吸水性纱布DS值越大,吸湿性越强,DS=43.10%的纱布吸湿率可达到18%,平衡吸湿量为182.39mg/g。CMC吸水性纱布的吸湿动力学过程应用二级吸附动力学模型描述较为精确,拟合后曲线近似线性,R20.999,计算得到的qe值接近实验值,DS值越大,速率常数越大 4、研究了包括Cu2+初始浓度、时间、吸附剂用量、pH值和温度等因素对CMC纱布吸附铜离子的影响;研究了吸附剂的吸附机理及吸附过程的动力学和热力学行为。结果表明： （1）羧甲基化纱布对Cu2+的吸附在约20min后开始达到平衡,此后随时间延长吸附容量变化不大,解吸附作用不明显,吸附达到1h可保证Cu2+吸附完全;纱布用量为0.7g/L左右时,吸附效果最好;吸附的最佳pH为5.4;随Cu2+初始浓度的增大,吸附容量增大;温度升高,纱布的平衡吸附容量降低。 （2）羧甲基化纱布吸附Cu2+的动力学过程可用二级动力学模型来描述,说明此吸附是一个非均相扩散的化学吸附过程,随Cu2+初始浓度增加,速率常数k2值增大吸附的粒子扩散模型表明纱布的吸附过程有膜扩敞和颗粒内扩散联合控制。羧甲基化纱布对Cu2+的平衡吸附同时符合Langmuir和Freundlich等温型,说明Cu2+在纱布表面的吸附是单分子吸附,且对Cu2+的吸附作用较强,吸附容易进行。 （3）计算吸附的热力学参数,所得△G和△H的值都小于零,结果表明羧甲基化纱布对Cu2+的吸附是自发、放热的过程,低温有利于吸附的进行