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土木与环境工程学报（中英文） 2021年第4期43卷 118-131页

作者：郭康鹰高宝玉岳钦艳山东大学环境科学与工程学院山东青岛266237

造纸污泥处理难度大、处置费用高,造纸污泥的处理处置是影响造纸行业可持续发展的一大难题。造纸污泥传统的处理处置方法主要是填埋法和焚烧法,但这两种方式都存在对环境造成二次污染的隐患,开发高效环保的污泥处置方式成为亟待解决的... 详细信息

造纸污泥处理难度大、处置费用高,造纸污泥的处理处置是影响造纸行业可持续发展的一大难题。造纸污泥传统的处理处置方法主要是填埋法和焚烧法,但这两种方式都存在对环境造成二次污染的隐患,开发高效环保的污泥处置方式成为亟待解决的环境问题。众多学者致力于造纸污泥的资源化综合利用研究,以造纸污泥为原材料进行厌氧发酵、好氧堆肥及生产建筑材料等。鉴于造纸污泥中生物质含量丰富,利用造纸污泥中的生物质为原材料,通过一定的改性方法制备出不同的水处理功能材料,实现“以废治废”的目标,不仅符合可持续发展的环保理念,还能为造纸污泥的资源化综合利用提供一种新的思路。综述了造纸污泥的来源、特点、处理处置方式、资源化综合利用的研究现状、造纸污泥中纤维素类物质资源化的研究现状与展望,以期为造纸行业的良性发展提供一定的理论支撑。

关键词：造纸污泥处理处置资源化综合利用生物质基功能材料造纸污泥基功能材料

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纳米纤维素的功能化改性及应用研究

纳米纤维素的功能化改性及应用研究

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作者：鲁俊良青岛科技大学

学位级别：硕士

纤维素纳米晶来源于自然界中储量巨大的纤维素,通过对其进一步加工处理制得。由于自身具有的良好亲水性和高分子量,对纤维素纳米晶进行化学修饰后,可以在原有自身性能上赋予其新的功能。本文基于纤维素纳米晶的自身特性,将其与高级饱和... 详细信息

纤维素纳米晶来源于自然界中储量巨大的纤维素,通过对其进一步加工处理制得。由于自身具有的良好亲水性和高分子量,对纤维素纳米晶进行化学修饰后,可以在原有自身性能上赋予其新的功能。本文基于纤维素纳米晶的自身特性,将其与高级饱和脂肪酸接枝改性,制备出具有一定疏水性能的纤维素纳米晶改性产物,并对改性纤维素纳米晶的结构、表面活性及应用进行了研究。以改性纤维素纳米晶作为非离子型乳化剂,制备了苯丙乳液和水包油型大豆油/水乳液,研究了乳液性质。以微晶纤维素为原料,在45℃的反应温度下反应2.5h制得含有纤维素纳米晶的混合物。再将该混合物离心分离得到平均粒径为168nm的纤维素纳米晶。将制得的纤维素纳米晶与三种脂肪酸（月桂酸、软脂酸和硬脂酸）作为原料,采用共反应剂酯化法或者引发剂引发自由基接枝共聚法制备得到三种改性的纤维素纳米晶产物,即接枝月桂酸的改性纤维素纳米晶、接枝软脂酸的改性纤维素纳米晶和接枝硬脂酸的改性纤维素纳米晶。其中,共反应剂选用三氟乙酸酐,引发剂则采用Fe SO4/H2O2氧化还原体系或2（NH4）2SO4·Ce（SO4）2·4H2O体系。通过改变反应温度、反应时间和反应物料之间的比例,制备出不同取代度的纤维素纳米晶改性产物。以三氟乙酸酐作为共反应剂时,月桂酸酯化纤维素纳米晶的最佳反应条件为温度50℃,反应时间5h,物料比1:3,得到的产物取代度为0.32;软脂酸酯化纤维素纳米晶的最佳反应条件为温度55℃,反应时间6h,投料比1:3,得到的产物取代度为0.27;硬脂酸酯化纤维素纳米晶的最佳反应条件为温度55℃,反应时间6h,投料比1:3,得到的产物取代度为0.23。在引入引发剂接枝共聚制备改性纤维素纳米晶中,采用两种引发体系,即Fe SO4/H2O2氧化还原体系和2（NH4）2SO4·Ce（SO4）2·4H2O体系。其中,Fe SO4/H2O2氧化还原体系要优于2（NH4）2SO4·Ce（SO4）2·4H2O体系。在该体系下,月桂酸改性纤维素纳米晶在50℃的反应温度下,加入0.8%的引发剂,反应8h时达到最高取代度,为0.24;软脂酸改性纤维素纳米晶在55℃的反应温度下,加入1.2%的引发剂,反应20h达到最高取代度,为0.16;硬脂酸改性纤维素纳米晶在60℃的反应温度下,加入1.2%的引发剂反应24h达到最高取代度,为0.12。通过对制备的改性纤维素纳米晶进行红外光谱、X射线衍射、冷场扫描电镜、热重以及粒径等检测,对产物结构进行表征。测试结果表明,改性产物在1740cm-1波数附近处出现羰基的伸缩振动峰,是酯键的特征峰,证明了纤维素纳米晶携带的羟基与高级脂肪酸上的羧基发生了化学反应,生成酯基。其平均粒径在240-260nm范围,且产物在I002、Iam和I004处仍存在衍射峰,说明产物还保持纤维素纳米晶的基本的晶型结构。此外,三种改性物质的形貌特征也没有发生明显改变,但它们的热稳定性存在差异,随接枝碳氢链长度的下降而降低。将制备好的改性纤维素纳米晶用作表面活性剂并应用于乳化领域,测试其接触角、HLB值和表面张力研究其表面活性。三种高级脂肪酸改性的纤维素纳米晶与水的接触角范围在70.0°到90.0°之间,相比未改性的纤维素纳米晶,其具有一定的疏水性。通过HLB值公式计算得到三种改性产物的HLB值范围属于表面活性剂作为乳化剂时的范围,故可将其应用于乳化领域。对制备的改性产物进行表面张力测试并构建应用模型,发现其对水和盐溶液的表面张力皆具有良好的降低效果。改变测试环境的酸碱度,发现并未对表面张力具有显著影响,故制备的改性产物对应用环境的要求并不苛刻,对制备的乳液具有良好的乳化和增溶作用。

关键词：生物质基功能材料纤维素纳米晶表面活性乳化非离子型表面活性剂

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