一种新型球形纤维素吸附剂的制备__省略_纤维素_AMPS接枝共聚物的合成_刘明华
第14卷第2期2006年6月纤维素科学与技术
Journal of Cellulose Science and Technology
V ol.14 No.2
Jun. 2006
文章编号：1004-8405(2006)02-0023-04
一种新型球形纤维素吸附剂的制备
Ⅱ. 纤维素/AMPS接枝共聚物的合成
刘明华1，林春香1，黄建辉1，詹怀宇2
（1. 福州大学环境与资源学院，福建福州 350002；
2. 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州 510640）
摘要：以交联球形纤维素珠体为骨架，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为
单体，通过接枝共聚的方法赋予球形纤维素吸附剂强酸型基团——磺酸基，因此首先
合成出纤维素/AMPS共聚物，并进行制备条件的优选实验，得出最佳的制备工艺条件
为：以Na2SO3/K2S2O8作为引发体系，引发剂的用量为2.5%，单体与纤维素的最佳比
值为1.5∶1（W/W），反应温度40℃，反应时间4.0 h。在上述工艺条件下，所制备出
的纤维素/AMPS接枝共聚物的接枝率为46.9%，而AMPS的均聚物含量仅为5.4%。
关键词：纤维素；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）；接枝共聚；交联；吸附剂
中图分类号：O636.11 文献标识码：A
纤维素是自然界中最为丰富的可再生资源，具有价廉易得、易被微生物降解、不会给环境带来二次污染等特点，长期以来，对其开发利用一直是科技工作者研究的热点。球形纤维素吸附剂不仅具有疏松和亲水性网络结构的基体，而且具有表面积大、通透性能和力学性能好等优点，很适于床式吸附处理（固定床、移动床和流动床）的需要，成为改性纤维素类吸附剂研究的一个新焦点[1-4]。而球形纤维素珠体必须通过一系列的化学改性，才能研制出球形纤维素吸附剂，进而拓宽其应用领域。
球形纤维吸附剂的研制就是将纤维素珠体功能化，即将各种功能基引到再生纤维素大分子上，使其具有吸附容量，便于吸附处理各种吸附质。球形纤维素吸附剂的制备方法主要有三大类[5,6]：（1）一般酯化、醚化法；（2）有机化学法；（3）接枝共聚法。
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（2-Acrylamido-2-Methyl Propanesulfonic Acid，简称AMPS）是一种高反应活性、亲水的磺酸系丙烯酸单体，能将许多独特的高性能特征赋予各种含离子聚合物的反应产物中。本文以交联球形纤维素珠体为骨架，以AMPS 为单体，通过接枝共聚的方法赋予球形纤维素吸附剂强酸型基团——磺酸基，因此首先合成出纤维素/AMPS共聚物，并进行制备条件的优选实验以获得最佳的合成工艺。
1 实验
1.1 试剂
球形纤维素珠体为自制产品，是以马尾松漂白硫酸盐浆为原料，以N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）为溶剂溶解纤维素，然后利用程序降温反相悬浮技术制备出球形纤维素珠体，
收稿日期：2005-09-12
基金项目：国家自然科学基金项目（50203003）；福建省教育厅项目（JA03012）
作者简介：刘明华（1970~），男，教授，博士，主要从事精细化工以及环境友好材料等方面的研究与开发。
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纤 维 素 科 学 与 技 术
第14卷
球形纤维素珠体的粒径范围为0.12～0.45 mm ，比表面积为215.6 m 2/g ，孔度为81.2%，湿视密度为0.63 g/mL ，湿真密度为1.21 g/mL ；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS ）由山东巨野精细化学品有限公司提供；环氧氯丙烷、硝酸铈铵、高锰酸钾、亚硫酸钠、过硫酸钾、硫酸亚铁铵、氯化钠、氢氧化钠、盐酸、酒石酸、柠檬酸、冰乙酸、吡啶偶氮间苯二酚（PAR ）、氨水等为分析纯试剂；过氧化氢为化学纯试剂；水为去离子水。 1.2 纤维素/AMPS 接枝共聚物的合成
在反应器中加入300 g 球形纤维素珠体（含水率74.0%）、少量的NaCl 和质量分数为10%的NaOH 溶液，常温下搅拌45 min ，然后加入适量环氧氯丙烷，反应1 h 后缓慢升温至75℃，并在此温度下反应1.5 h 后冷却、过滤，回收碱液，并以稀酸中和，水洗，过滤得到交联球形纤维素珠体。
在反应器中加入一定质量的交联球形纤维素珠体（含水率61.2%）和100 mL 水，通氮气保护，在常温下搅拌10 min ，加入引发剂，反应20 min 后加入计算量的AMPS 单体，反应1.0 h 后，在40℃下继续反应3.0 h ，冷却、过滤、水洗、丙酮洗、乙醚洗，干燥即得纤维素/AMPS 接枝共聚物。
1.3 接枝聚合参数的测定
（1）接枝率[7] 接枝率GY （%）表示单位质量的基体所接上的单体的质量分数。接枝率越大，吸附剂的吸附性能越好；反之，吸附剂的吸附性能越差。计算式如下：
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/%100W W GY W ?=
× 式中：W 0为交联球形纤维素珠体的干基质量（g ）；W 1为溶剂浸提后接枝产品的干基质量（g ）。
（2）均聚物含量[7]
均聚物含量H （%）表示单体在反应过程中自身反应所生成的聚合物质量占单体质量的百分比。均聚物含量越高，接枝率越低；反之，则越高。计算式如下：
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/%100W W H M
?=×
式中：W 1为溶剂浸提后接枝产品的干基质量（g ）；W 2为未经溶剂浸提的接枝产品的干基质量（g ）；M 为单体质量（g ）。
2 结果与讨论
在接枝反应过程中，影响纤维素/AMPS 接枝共聚物接枝效果的主要因素有引发剂的种类和用量、单体用量、反应温度和反应时间等。
2.1 引发剂的种类和用量
接枝共聚反应的关键在于使骨架聚合物的大分子链上产生活性中心，单体即可由该活性
中心引发聚合而形成支链。本实验选用KMnO 4、
硝酸铈铵、K 2S 2O 8、Na 2SO 3/K 2S 2O 8、Fe 2+/H 2O 2 等5种引发剂，实验结果见表1。表中数据表明：引发剂的种类对纤维素接枝AMPS 的影响非常大，在其他条件都相同的情况下，Na 2SO 3/K 2S 2O 8的引发效果最好，所得到的接枝共聚物的接枝率最高，而且AMPS 的均聚物含量最低，因此本实验选择Na 2SO 3/K 2S 2O 8作为纤维素接枝AMPS 的引发体系。
引发剂的作用是产生初级自由基，从而引发纤维素与AMPS 单体接枝共聚，因此引发剂的用量也是影响接枝效果的因素之一。本文选择了不同用量的Na 2SO 3/K 2S 2O 8引发剂，考
第2期
刘明华等：一种新型球形纤维素吸附剂的制备 Ⅱ. 纤维素/AMPS 接枝共聚物的合成
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察其对接枝效果的影响情况，结果如图1。图1显示，随着引发剂用量的增大，由AMPS 单体产生的自由基以及纤维素产生的Cell-O ·活性基的数量增多，接枝反应速度和均聚反应均有所加快，但是接枝反应速度占优势，因此接枝率不断升高，均聚物含量则有所下降。但当引发剂用量达到2.5%后，接枝率开始下降，而均聚物含量反而升高，这是由于引发剂用量太大时，自由基反应所引起的链终止反应及单体自由基密集所引起的AMPS 均聚反应的几率增加，因而不利于活性链的增长。因此，引发剂的最佳用量为2.5%。
表1 引发剂种类对接枝反应的影响 Table 1 Effect of initiators on the graft reaction
引发剂
GY / % H / %
KMnO 4 22.3
硝酸铈铵 K 2S 2O 8 27.2 Na 2SO 3/K 2S 2O 8 46.9 5.4 Fe 2+/H 2O 2注：引发剂的用量为2.5%。
2.2 单体的用量
AMPS 单体的用量对纤维素珠体的接枝效果影响很大，故以交联球形纤维素珠体的干基质量为基准，选取了不同的单体与纤维素比值（W /W ）进行试验，结果如表2。从表中结果可知：随着单体与纤维素比值的增大，纤维素的接枝率和 AMPS 均聚物的含量都不断升高，这是因为在单位体积内随着单体质量浓度的增加，每个自由基平均引发接枝的单体数目也增加，这样接枝率也就随之上升。但是当单体与纤维素比值超过1.5∶1（W /W ）后，接枝率不增反而呈下降趋势，而AMPS 均聚物的含量则增加更快，这可能是因为当单位体积内的单体的质量浓度增加到一定程度后，与接枝聚合反应竞争的均聚反应机率有所增加，
从而对接枝聚合反应有所抑制，影响接枝率。因此综合考虑接枝率和均聚物含量两个指标，单体与纤维素的最佳比值为1.5∶1（W /W ）。
表2 单体用量对接枝反应的影响
Table 2 Effect of monomer dosage on the graft reaction
单体∶纤维素（W /W ）
GY / % H / %
0.8:1 28.3 1.0:1 34.9 1.2:1 43.6 1.5:1 46.9 1.8:1 41.7 2.0:1 38.6 注：以交联球形纤维素珠体的干基质量为基准。
2.3 反应温度
反应温度亦是影响接枝反应的重要因素之一，因此选取了30～60℃ 6个水平的温度条件考察温度对接枝效果的影响（图2）。图2说明反应温度的影响包括以下两方面：第一，反应温度升高，引发剂的分解速率增大，链引发及链增长反应均加快，所以接枝率亦随之增大；第二，当反应温度升至一定程度后，体系中自由基增多，加速了均聚反应的进行，因此接枝率降低，而均聚物含量则随温度的升高而增大。因此，温度宜控制在40℃左右。
26 纤维素科学与技术第14卷2.4 反应时间
的影响主要反映在接枝反应的初始阶段，溶液中
的单体质量浓度较大，反应速度较快，反应的接
枝率升高较快，但是到一定时间后，随着单体引
发剂的消耗，接枝率将维持一个定值。反应时间
过长，发生均聚反应的几率增加，所以接枝率略
微下降，均聚物含量反而略有所升高（如图3所
示），因此，最佳的反应时间宜控制在4.0 h左右。
3 结论
以交联球形纤维素珠体为骨架，以AMPS 为单体，通过接枝共聚的方法合成出纤维素
/AMPS共聚物，通过制备条件的优选实验，得出最佳的制备工艺条件为：Na2SO3/K2S2O8作为纤维素接枝AMPS的引发体系，引发剂的用量为2.5%，单体与纤维素的最佳比值为1.5∶1（W/W），反应温度40℃，反应时间4.0 h。在上述工艺条件下，所制备出的纤维素/AMPS 接枝共聚物的接枝率为46.9%，而AMPS的均聚物含量仅为5.4%。
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Preparation of a Novel Spherical Cellulose Adsorbent
Ⅱ. Synthesis of Poly(AMPS)-Cellulose Graft Copolymer
LIU Ming-hua1, LIN Chun-xiang1, HUANG Jian-hui1, ZHAN Huai-yu2（1. College of Environment & Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China;
2. State Key Laboratory of Pulp & Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China）Abstract: The poly(AMPS)-cellulose graft copolymer was synthesized by graft copolymerization of the monomer of 2-acrylamido-2-methyl propanesulfonic acid(denoted as AMPS) onto the matrix of cross-linked spherical cellulose beads. And, the preparation procedures were optimized. The ideal graft copolymer could be prepared by adopting 2.5% of the dosage of Na2SO3/K2S2O8 initiator at 40℃for 4.0 h. Moreover, the optimum mass value for monomer/cellulose(W/W) was 1.5∶1. Under the above conditions mentioned, the graft yield could reach 46.9% while the homopolymer content of AMPS was only 5.4%.
Key words: cellulose; 2-acrylamido-2-methyl propanesulfonic acid(AMPS); graft copolymerization;
cross linkage; adsorbent
细菌纤维素的研究进展
细菌纤维素的研究进展 摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。 关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用 0 前言 细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium 在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸张或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。 从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。近十几年来随着分子生物学的发展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。 1.细菌纤维素的结构特点和理化特性 1.1化学特性 经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结构。
低取代羟丙纤维素工艺研究报告
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/f016027938.html, 低取代羟丙纤维素工艺研究报告 作者：苏龙辉 来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第02期 摘要：本文是木浆取代精制棉生产L-HPC（低取代羟丙纤维素）的工艺研究。参照精制棉生产工艺，设计了木浆生产L-HPC的原辅料配比、工艺流程，然后进行中试检测，并根据检验数据对原辅料配比和工艺流程进行适当调整，使各项指标均能够达到药典标准。经过不断实验，可以使用木浆稳定生产L-HPC。 关键词：木浆；L-HPC；工艺流 1 低取代羟丙纤维素概述 ①低取代羟丙基纤维素醚，是一种多用途的非离子型纤维素衍生物，主要用作固体制剂崩解和粘合剂，由于它的粉末有较大的表面积和孔隙率，故能快速吸水膨胀，用于片剂时，使片剂快速崩解，同时它的粗糙结构与药物和颗粒之间有较大的镶嵌，可明显提高片剂硬度，同时不影响崩解，从而加速药物的溶出度，提高生物利用度； ②性状：本品为白色或类白色粉末；无臭，无味。本品在水中溶胀成胶体溶液；在乙醇、丙酮或乙醚中不溶； ③制法：将碱化纤维素和环氧丙烷在高温高压条件下反应，反应结束后，经过中和、洗涤、干燥、粉碎等过程即得； ④用途：药用辅料，主要作为崩解剂和填充剂。 2 工艺研究目的 使用木浆代替精制棉生产低取代羟丙纤维素，是为了解决使用精制棉生产L-HPC时出现的杂色点偏高的问题以及精制棉价格上涨所带来的生产成本过高的问题。 3 方案设计构想 木浆生产L-HPC没有可以借鉴的生产经验，缺乏相关的一些记录以及数据作为参考，所以初期按照精制棉生产工艺进行木浆试产，然后根据中间体检验数据对试产工艺进行适当的调整，使木浆生产的L-HPC能够达到国家质量标准。 4 工艺描述 4.1 反应原理
分解纤维素的微生物的分离习题
《分解纤维素的微生物的分离》 1.下列有关微生物培养与应用的说法正确的是( ) A．天然培养基是指直接取自自然界不需加工的培养基 B．接种前需对培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手等进行严格的灭菌处理 C．大肠杆菌的纯化培养过程包括培养基的配制和纯化大肠杆菌两个阶段 D．分离分解尿素的细菌时，尿素是培养基中唯一的氮源和碳源 2.微生物与人类生产、生活密切相关，下列相关说法不合理的是( ) A．土壤中的微生物能降解多种化合物，是大自然的清洁工 B．生活中许多发酵产品需要微生物，如酿醋需要的关键细菌是酵母菌 C．可利用能分解纤维素的微生物分解秸秆，并将其产物转化为乙醇 D．许多微生物也可导致人类患病 3.微生物(除病毒外)需要从外界吸收营养物质，并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是( ) A．纤维素分解菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的 B．许多微生物(如细菌、放线菌)为原核生物，不含线粒体，所以只进行无氧呼吸，为厌氧型生物 C．培养基中的营养物质浓度越高对微生物的生长越有利 D．生长因子通常是微生物生长必需的，而微生物本身合成这些物质的能力往往不足 4.苯酚是工业生产排放的有毒污染物质，自然界中存在着降解苯酚的微生物，某工厂产生的废水中含有苯酚，为了降解废水中的苯酚，研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株，筛选的主要步骤如下图所示，①为土壤样品。下列相关叙述错误的是( ) A．使用平板划线法可以在⑥上获得单个菌落
B．如果要测定②中的活细菌数量，常采用稀释涂布平板法 C．图中②培养目的菌株的选择培养基中应加入苯酚作为碳源 D．微生物培养前，需对培养基和培养皿进行消毒处理 5.要将从土壤中提取的自生固氮菌与其他细菌分离开来，应将它们接种在( ) A．含五大类营养物质的培养基上B．加入某种指示剂的鉴别培养基上 C．含蛋白胨等营养物质的培养基上D．无氮的选择培养基上 6.下列关于分离纤维素分解菌的实验的叙述，错误的是( ) A．经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 B．选择培养这一步可省略，但培养纤维素分解菌少 C．经稀释培养后，用刚果红染色 D．对照组可用同样量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上 7.鉴别培养基是根据微生物的代谢特点在培养基中加入一些物质配制而成的，这些物质是( ) A．指示剂或化学药品B．青霉素或琼脂C．高浓度食盐D．维生素或指示剂8.在加入刚果红的培养基中会出现透明圈，产生的透明圈是( ) A．刚果红与纤维素形成的复合物B．刚果红与纤维二糖形成的复合物 C．纤维素分解后形成的葡萄糖导致的D．以纤维素分解菌为中心形成的 9.在分离分解纤维素的微生物实验中，下列关于土壤取样的叙述，不正确的是( ) A．可选取深层的土壤作为样品 B．可选取树林中多年落叶的腐殖土作为样品 C．可选取树林中多年积累的枯枝败叶作为样品 D．可把滤纸埋在土壤中经过30 d左右，再选取已腐烂的滤纸作为样品 10.下列有关纤维素分解菌分离实验的说法中，不正确的是( ) A．通常采用刚果红染色法筛选纤维素分解菌
纤维素基分子印迹功能材料_骆微
纤维素基分子印迹功能材料 骆 微1,2 叶晓霞1,2 林春香1,2 （1.福州大学环境与资源学院， 福建 福州 350118； 2.福建省生物质资源化技术开发基地， 福建 福州 350108） 摘 要：纤维素基分子印迹功能材料因原料来源广泛、生物相容性和生物降解性好等优点，近年来引起国内外广泛关注。综述了纤维素改性及分子印迹技术的研究，介绍了利用纤维素制备分子印迹功能材料的主要方法，包括直接交联法、接枝共聚交联法和溶胶-凝胶技术。最后对其未来的发展进行了展望。 关键词：纤维素 分子印迹 功能材料 0 前 言 随着全球经济和工业的高速发展，煤、石油、天然气资源被大量消耗，促使人们高度重视和关注可再生木质纤维素类生物质资源的开发和利用。生物质资源的开发利用被认为是解决石化资源日益枯竭和环境问题的有效途径。大自然赐予人类最丰富的可再生资源是纤维素类物质。纤维素是农林生物质的主要组分之一，是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。它具有可降解、对环境不产生污染等特点，可加工成各种形状，属于理想的天然高分子载体材料。世界各国都十分重视对纤维素的研究与开发。因此，关于纤维素相关领域的研究、开发和应用是林产化学加工工程领域的热点和重点。这一研究同样也会随着新材料技术、新能源技术、纳米技术等高新技术的飞速发展向高效、高附加值、功能化、环境友好化等方向转变。所以，如何交叉结合化学、纳米科学、材料学、物理学、仿生学和生物学等学科进一步有效地利用纤维素，开拓纤维素利用的新领域，也将成为国内外学者研究的重点。 1 纤维素改性 纤维素本身具有无毒、抗水性强、可再生和可生物降解等优点，是植物细胞壁的主要成分，其主要来源于棉花、麻、谷类和其他高等植物。纤维素的衍生物，如纤维素酯、纤维素醚以及接枝共聚物等均可通过纤维素化学改性后合成。纤维素的潜在使用价值相当广泛，不仅因为纤维素本身的诸多优点，还因为纤维素的多种存在形式，如粉状、片状、膜状等。纤维素表面存在大量的活泼羟基，一方面降低了纤维素的分解温度和溶解能力，限制了纤维素的应用；另一方面通过化学改性纤维素，可以赋予纤维素更优异的性能，从而拓宽其应用领域。例如，对纤维素进行酯化、醚化改性以及接枝共聚改性等。 纤维素经过溶解和再生后，通过科学手段对其表面进行化学改性与修饰，可以研究与开发出具有特殊性能的新型纤维素吸附剂，并为生活生产的各个领域所应用[1]。如用于废水中金属物质的去除、各种酶的分离纯化、普通蛋白质的分离纯化等，具有广阔的应用前景[2-4]。一方面为资源化利用纤维素提供了一条新途径，另一方面为物质的分离提纯、水体净化等提供了新的低成本吸附材料。鉴于此，近年来基于纤维素类资源的低成本生物吸附剂的研究得到极大关注和发展。 刘以凡等[5]以马尾松硫酸盐浆纸浆纤维素为原料，利用热溶胶转相法，在纤维素再生过程中将荆树皮栲胶包埋在纤维素基体上，制备出包埋型球形纤维素吸附剂ESCA，并考察其对盐酸小檗碱的吸附效果：当盐酸小檗碱初始质量浓度为200
纤维素的分类介绍
主要分为甲基纤维素（MC)，羟丙基甲基纤维素(HPMC），羟乙基纤维素（HEC），羧甲基纤维素（CMC） 附：HPMC与MC、HEC、CMC的应用区别 HPMC和MC是两种不同的产品。 1、甲基纤维素（MC）分子式 将精制棉经碱处理后，以氯化甲烷作为醚化剂，经过一系列反应而制成纤维素醚。一般取代度为 1.6~2.0，取代度不同溶解性也有不同。属于非离子型纤维素醚。 （1）甲基纤维素可溶于冷水，热水溶解会遇到困难，其水溶液在pH=3~12范围内非常稳定。与淀粉、胍尔胶等以及许多表面活性剂相容性较好。当温度达到凝胶化温度时，会出现凝胶现象。 （2）甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度、颗粒细度及溶解速度。一般添加量大，细度小，粘度大，则保水率高。其中添加量对保水率影响最大，粘度的高 低与保水率的高低不成正比关系。溶解速度主要取决于纤维素颗粒表面改性程度和颗粒细度。在以上几种纤维素醚中，甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素保水率较高。 （3）温度的变化会严重影响甲基纤维素的保水率。一般温度越高，保水性越差。如果砂浆温度超过40℃，甲基纤维素的保水性会明显变差，严重影响砂浆的施工性。 （4）甲基纤维素对砂浆的施工性和粘着性有明显影响。这里的“粘着性”是指工人涂抹工具与墙体基材之间感到的粘着力，即砂浆的剪切阻力。粘着性大，砂浆的剪切阻力大，工人在使用过程中所需要的力量也大，砂浆的施工性就差。在纤维素醚产品中甲基纤维素粘着力处于中等水平。 2、羟丙基甲基纤维素（HPMC）分子式为 羟丙基甲基纤维素是近年来产量、用量都在迅速增加的纤维素品种。是由精制棉经碱化处理后，用环氧丙烷和氯甲烷作为醚化剂，通过一系列反应而制成的非离子型纤维素混合醚。取代度一般为 1.2~2.0。其性质受甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同，而有差别。 （1）羟丙基甲基纤维素易溶于冷水，热水溶解会遇到困难。但它在热水中的凝胶化温度要明显高于甲基纤维素。在冷水中的溶解情况，较甲基纤维素也有大的改善。 （2）羟丙基甲基纤维素的粘度与其分子量的大小有关，分子量大则粘度高。温度同样会影响其粘度，温度升高，粘度下降。但其粘度高温度的影响比甲基纤维素低。其溶液在室温下储存是稳定的。 （3）羟丙基甲基纤维素的保水性取决于其添加量、粘度等，其相同添量下的保水率高于甲基纤维素。 （4）羟丙基甲基纤维素对酸、碱具有稳定性，其水溶液在pH=2~12范围内非常稳定。苛性钠和石灰水，对其性能也没有太大影响，但碱能加快其溶解速度，并对粘度销有提高。羟丙基甲基纤维素对一般盐类具有稳定性，但盐溶液浓度高时，羟丙基甲基纤维素溶液粘度有增高的倾向。
细菌纤维素
细菌纤维素 摘要：细菌纤维素是一种新型的生物纳米材料材料，具有广泛的发展前景.本文从细菌纤维素的组成和结构入手，列举了细菌纤维素合成研究过程中的方法，并进一步对细菌纤维素在环境中的应用进行阐述，最后对未来细菌纤维素发展趋势作出了展望。 关键词：细菌纤维素，纳米材料，应用 众所周知，纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，是高分子化学诞生和发展阶段的主要研究对象之一。在当今世界面临人口、资源、环境和粮食四大问题的情况下，大力开发取之不尽用之不竭的天然高分子材料造福于人类，具有重要战略意义。 目前，人类获得纤维素的途径主要通过树木、棉花等职务光合作用合成和微生物合成。为了区别于植物来源的纤维素，称微生物合成的纤维素为微生物纤维素或者是细菌纤维素（简称BC）。细菌纤维素最初在1886年，用英国科学家Brown AJ利用化学分析方法确定。当时他发现在传统酿造液表面生成的类似凝胶半透明膜状物质为纤维素，在光学显微镜下观察到发酵生产的菌膜中存在菌体[1]。自然界中有少数细菌可以产生纤维素，其镇南关木醋菌属中的木醋杆菌（简称Ax）合成纤维素的能力最强，最具有大规模生产的能力。Ax合成细菌纤维素在纯度、抗拉强度、杨氏模量等理化性能方面均优于植物纤维素，且具有较强的生物性，在自然界中可以直接降解，是一种环境友好，性能优异型材料[2]。近年来引起了人们广泛的研究兴趣和关注。 1.细菌纤维素的结构和特性 1.1细菌纤维素的结构 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为D-吡喃葡萄糖单体以糖苷键连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构，又称β-1, 4-葡聚糖。但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个邻近的β-1, 4-葡聚糖通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物[3]。 1.2细菌纤维素的性质 1.2.1 细菌纤维素的独特性质 细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元, 但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。①细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)； [4]②超精细网状结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的
纤维素基吸附剂的研究进展
纤维素基吸附剂的研究进展 Q U R J 曲荣君1,2*,孙向荣1,王春华1,孙昌梅1,成国祥1,2 (1.烟台师范学院化学与材料科学学院,山东烟台264025; 2.天津大学材料科学与工程学院,天津370002) 摘 要: 纤维素作为自然界中储量最大的天然高分子材料,具有价廉易得、易被微生物降解、不会给环境带 来第二次污染等特点,长期以来对其开发利用一直是科技工作者研究的热点。本文主要综述了近年来纤维素 基吸附剂的研究进展,并简要介绍了其作为金属离子吸附剂、特殊用途吸附剂等的结构性能特点,展望了其发 展前景。 关键词: 纤维素基吸附剂;吸附 中图分类号:T Q 352 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2004)03-0102-05 PROGRESS IN ST U DIES ON PREPARA T ION AN D PROPERT IES OF CELLU LO SE BASED ADSORBENT S QU Rong jun 1,2,SUN Xiang rong 1,WANG Chun hua 1,SU N Chang mei 1,CHENG Guo x iang 1,2 (1.School of Chemistry and Materials Science,Yantai Normal University ,Yantai 264025,China; 2.School o f Materials Science and Engineer ing ,Tianj in University ,Tianj in 370002,China) Abstract:As one of the most abundant renewable natural polymers on earth,cellulose is readily available and inexpensive.Also it can be biodegraded easily w ithout pollution on environment.M any inv est igators have done w orks on the development and utilization of cellulose for a long time.I n this paper,the preparation of adsorbents based on cellulose is review ed.T he structures and properties of t he modified cellulose as metal ion adsorbents and special adsorbents are introduced.T he long term potential development of cellulose based adsorbents is mentioned. Key words:cellulose based adsorbent;adsorption 纤维素是无水葡萄糖残基通过 -1,4糖苷键连接的立体规整性高分子,是自然界中最为丰富的可再生资源。纤维素分子内含有许多亲水性的羟基基团,是一种纤维状、多毛细管的高分子聚合物,具有多孔和比表面积大的特性,因此具有亲和吸附性,但天然纤维的吸附(如吸水、吸油、吸重金属等)能力并不很强,必须通过化学改性使其具有更强或更多的亲水基团,才能成为性能良好的吸附材料。 纤维素吸附剂的研究和应用早在20世纪50年代初就已开始,近年来,随着生命科学的飞速发展和人们对纯天然化工产品的需求日益扩大,纤维素作为天然高分子材料用来作吸附剂使用愈来愈广泛;同 收稿日期:2003-10-13 基金项目:国家自然科学基金资助项目(29906008);山东省自然科学基金资助项目(Q99B15);中国博士后科学基 金(2003034330);山东省中青年学术骨干学术带头人基金资助项目(无编号) 作者简介:曲荣君(1963-),男,山东荣城人,教授,博士后,主要研究方向:功能高分子。 第24卷第3期 2004年9月林 产 化 学 与 工 业Chemistry and Industry of Forest Products Vol.24No.3 Sept.2004
【人教版】生物选修一：2.3分解纤维素的微生物的分离教案设计
专题2 微生物的培养与应用 课题2.3 分解纤维素的微生物的分离 一、【课题目标】 （一）知识与技能 简述纤维素酶的种类及作用，从土壤中分离出分解纤维素的微生物；掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术 （二）过程与方法 分析分离分解纤维素的微生物的实验流程，弄懂实验操作的原理 （三）情感、态度与价值观 领悟科学探究的方法，发展科学思维和创新能力 二、【课题重点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 三、【课题难点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 四、【教学方法】 启发式教学 五、【教学工具】 多媒体课件 六、【教学过程】 （一）引入新课 上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与计数，这节课我们以纤维素分解菌的分离与纯化为例，巩固加深对这方面技术的理解和掌握。 （二）进行新课 1．基础知识 活动1：阅读“纤维素与纤维素酶”，回答下列问题： 1．1纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物，是含量最丰富的多糖类物质。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。 延伸：草食性动物是怎样消化食物中纤维素的？肠胃中的共生物生物。 1．2棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素的分解需要在纤维素酶的催化作用下完成，请完成下列过程： 〖思考1〗实验分析：P27的小实验是如何构成对照的？ 在一支试管中添加纤维素酶，另一支试管不添加纤维素酶；尽管醋酸－醋酸钠缓冲液用量不同，但都能维持相同的pH。 〖思考2〗1个酶活力单位是指在温度为 25 ℃，其它反应条件最适宜情况下，在 1 min内转化 1mmol 的底物所需要的酶量。 活动2：阅读“纤维素分解菌的筛选”，回答下列问题： 1．3筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选。 2．4其原理是：刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。 2．实验设计 活动3：完成实验方案流程图，讨论回答问题：
纤维素基吸附剂
纤维素基吸附剂 ——绿色、经济的水处理材料 摘要介绍了一类基于天然纤维素的水处理用吸附剂.对纤维素修饰羧基等阴离子基团,可以用来吸附水 中的重金属阳离子(如Cd2+、Cu2+、Hg2+、Ni2+、Pb2+).对纤维素修饰铝铁或胺基等成分,可以吸附水中含砷 阴离子、氟离子等有害阴离子.在纤维素上修饰疏水链,可以吸附水中氯苯、染料等危害健康的有机物. 关键词纤维素,水处理,重金属,有害阴离子,有机物. 1 我国的水资源现状 我国是严重缺水的国家.首先,从人均占有的水资源上看,我国属于世界上人均水资源较少的13个 贫水国之一,目前我国还有三分之二的城市供水不足.第二,我国饮用水的质量不高,全国农村有3亿多 人仍在饮用不合格的水,其中约有1. 9亿人的饮用水中有害物质含量严重超标.第三,随着经济的高速 发展,我国的废水排放量逐年递增,使许多河流受到了相当严重的污染,进而还影响了近岸海域.目前, 我国已有36. 6%的河段水质属于五类或劣五类,其中的27. 9%已完全丧失直接使用的功能. 2 水的污染种类及治理方法 水资源的污染主要是由生活污水和工业废水造成的,它们的排放造成了环境污染并严重影响了人 类可持续发展.要想治理这些污染,首先需要了解污染物的性质.根据水中污染物的种类,可以将水污染 大体分为三类:重金属阳离子污染、有害阴离子污染和有机物污染. 2. 1 重金属阳离子污染 “重金属”是对原子密度大于6g·cm-3的一类金属和非金属的总称,常见的有镉(Cd, cadmium)、铬 (Cr, chromium)、铜(Cu, copper)、汞(Hg,mercury)、镍(N,i nickel)、铅(Pb, lead)、锌(Zn, zinc).由于重金 属不能降解、不易代谢、趋于在体内积累,所以大量重金属的摄入会导致一系列的生理紊乱和疾病.例如 过量的铜会导致虚弱、嗜睡以及精神性厌食;高浓度的汞会导致神经错乱,以及一些能力障碍,例如读写 困难、注意力分散、智力低下等等;长期接受过量的镉会导致肾脏以及骨骼方面的病变. 2. 2 有害阴离子污染 水中有害的阴离子有氟离子,含砷阴离子、含氮阴离子、含磷阴离子等等,其中危害最大的是砷和 氟.砷已被美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)确定为第一类致癌物质,它以三价和 五价两种形式存在,分别为亚砷酸根(AsO-2)和砷酸根(AsO3-4),砷的摄入会导致心血管疾病和神经系 统疾病,还会大大提高皮肤、肺、肝、膀胱、肾癌变的几率.氟是哺乳动物牙齿和骨骼生长的必需元素,但 是从食物和水中摄入过量的氟会导致一些慢性疾病,如牙齿长斑,骨质疏松,以及一些神经系统的疾病. 我国存在的一些“黄板牙村”就是因为村民长期饮用高氟水导致的.我国对
羟丙基纤维素
羟丙基纤维素 物化性质(Physical Properties) 1、外观：白色或类白色粉末。 2、颗粒度；100目通过率大于98.5%；80目通过率大于100%。 3、炭化温度：280-300℃ 4、视密度：0.25-0.70/cm3(通常在0.5g/cm3左右)， 5、比重1.26-1.31。 6、变色温度：190-200℃ 7、表面张力：2%水溶液为42-56dyn/cm. 8、 CAS号：9004-64-2 高取代羟丙基纤维素性质 1、常温下溶于水和多种有机溶剂。如:无水甲醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、二氯甲烷,也可溶于丙酮、氯仿、甲苯和溶纤剂,溶液均透明。 2、H-HPC是良好的热塑性物质,具有优良的成膜性,所成膜非常坚韧,光泽性良好,弹性充分。灰份极低,使本产品具有优良的粘结性,作为乳液增粘用,十分稳定,而且分散性好。 3、H-HPC本身无药理作用,无毒,对生理无害。 4、H-HPC呈化学惰性,难与其他物质发生化学反应。 5、取代基分布比较均匀、充分,H-HPC抗菌强。 6、平衡湿含量较低。 7、由于本身是非离子性质,本品在酸性溶液中不会凝胶,在广泛PH值中显示优良稳定性。 8、H-HPC的浓液可形成正规取向的液晶。 9、H-HPC水溶液具有表面活性作用。 10、其水溶液随温度的升高和降低,历次经过凝胶和溶解的可逆过程。 低取代羟丙基纤维素性质 1、性状：低取代羟丙纤维素不溶于水；在乙醇、丙酮或乙醚中也不溶，溶于10%氢氧化钠溶液。
2、配伍变化：低取代羟丙纤维素不能与其它高浓度电解质配伍，否则引起“盐析”。溶解后的低取代羟丙纤维素与苯酚衍生物，如甲基和丙基对羟基苯甲酸盐有某些禁忌。 用途 低取代羟丙基纤维素 低取代羟丙纤维素[1]（L－HPC）主要作片剂崩解剂和粘合剂，用低取代羟丙纤维素（L－HPC）作粘合剂、崩解剂的特点是：容易压制成型，适用性较强，特别是不易成型，塑性和脆性大的片子，加入低取代羟丙纤维素（L－HPC）就能提高片剂的硬度和外观的光亮度还能使片剂崩解迅速，即使片子的硬度达到13kg不碎，崩解也只需十几分钟，提高片子内在质量，并提高疗效；用低取代羟丙纤维素（L－HPC）制得的片剂长期保存崩解度不受影响。作片剂粘合剂，湿法制粒时一般加5~20%，粉末直接压片时用量5~20%，作片剂崩解剂，用量2~10%，一般为5%，内加和外加均可，视具体处方而定。 低取代羟丙纤维素（L－HPC）也可作为食品添加剂，在食品工业中用作乳化剂、稳定剂、助悬剂、增稠剂、成膜剂，用于饮料、糕点、果酱等的制造。 低取代羟丙纤维素（L－HPC）还用于日化工业，用作霜剂、香波、乳液等化妆品的制造。高取代羟丙基纤维素 1. 用作粘性剂：在制药领域内，本品主要用作粘结剂，如作为片剂、粒剂、细粒料的粘结剂。 2. 用作片剂的薄膜包衣材料。HPC具有优良的成膜性，所得膜坚韧并有弹性，可与增塑剂一比高低，通过与别的抗湿涂膜剂混用，可进一步改善膜的性能。 3. 用作酏剂的增稠剂，洗剂的添加剂和乳剂的稳定剂。 4. 可用作骨架材料制备骨架缓释片，缓释小丸和双层缓释片。 5. 用作乙醇场合时的凝胶剂以及用作软膏基料。 溶解于水 1、溶解于水: A、将H-HPC慢慢加入到剧烈搅拌的水中,直到完全融解为止,如果将全部物料加入将难于溶解; B、取预定水量的20-30%加热到60℃以上,在充分搅拌的条件下将HPC慢慢加入,待所有HPC加入后,再将剩余的80-70%的水加入,可完全溶解。 2、溶解于有机溶剂: 在充分搅拌下将H-HPC慢慢加入到有机溶剂中,若一次性加入溶解很困难。 制备方法 （1）用碱和氯化丙烯处理纤维素 （2）用高浓度氢氧化钠浸渍处理木浆或木素浆，生成碱性纤维素溶液，将此溶液过滤及压榨，除去过剩的氢氧化钠后，进一步与环氧丙烷反应而得。
分解纤维素的微生物的分离教案
专题2课题3：分解纤维素的微生物的分离 【课程标准】 1．简述纤维素酶的种类及作用 2．从土壤中分离出分解纤维素的微生物 3．讨论分解纤维素的微生物的应用价值。 【课题重点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物。 【课题难点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物。 【基础知识】 1．是纤维素含量最高的天然产物。 2．纤维素酶是一种酶，它至少包括三种组分，即，，。前两种酶使纤维素分解为，第三种酶将纤维素分解为。 3。纤维素分解菌的筛选方法是利用。 4。刚果红染色法的原理是。 5．分解纤维素的微生物的分离的试验流程是、、、、6．鉴别培养基用于菌种的鉴别，其中加入可以鉴别出 出现的现象是。 7．选择培养的操作方法是 。 8．常用的刚果红染色法有两种即 。 9．分解纤维素的微生物的分离实验完成后为确定得到的是纤维素分解菌，还需要进行实验，纤维素酶的发酵方法有两种即、。 10．分解纤维素的微生物的分离实验中要选择样品进行分离纤维素分解菌，该样品的特点是、。作出这种选择的理由是。 11．选择培养能够浓缩所需微生物，原因是。 12．分解纤维素的微生物的分离与土壤中分解尿素的细菌的分离流程有何区别？ 13．刚果红染色法有两种，这两种的主要优缺点是什么？
【跟踪练习】 1．下列生物能分解纤维素的是（） （1）人（2）兔（3）牛（4）蘑菇（5）纤维杆菌 A（1）（2）（3）（4）（5）B（2）（3）（5） C （2）（3）（4）（5）D（3）（5） 2．纤维素分解菌的培养基中胶木膏能提供的主要营养物质是（） （1）碳源（2）氮源（3）生长因子（4）无机盐 A（3）B（1）（2）C（1）（2）（3）D（1）（2）（3）（4） 3．从土壤中筛选蛋白酶产生菌时，所用培养基为（） A加富培养基 B 选择培养基 C 基础培养基D鉴别培养基 4．分离土壤中纤维素分解菌用到的方法是（） （1）稀释倒平板法（2）涂布平板法（3）单细胞挑取法（4）选择培养分离A（1）（2）B（2）（3）（4）C（2）（3）D（1）（3）（4） 5．鉴别纤维素分解菌的培养基中碳源为（） A CMC-Na B 木聚糖 C 纤维素 D 裂解酶 6．在酸性贫瘠的土壤中分解纤维素占优势的菌为（） A真菌 B 细菌 C 兼性厌氧细菌和真菌 D 放线菌 7．CX 酶能水解（） A纤维素和CMC-Na B纤维素和果胶 C纤维二糖和微晶纤维D麦芽糖和蔗糖 8．在加入刚果红的培养基中出现透明圈的菌落是（） A分解尿素的细菌 B 消化细菌 C 分解纤维素的细菌 D 乳酸菌 9．在对纤维素分解菌进行培养时，培养基中酵母膏的主要作用是（） A提供碳源 B 提供氮源 C 提供微生素 D 凝固剂 10．要将能分解纤维素的细菌从土壤中分离出来，应将它们接种在( ) A 加入指示剂的鉴别培养基上 B 含有蛋白胨的固体培养基上 C 只含纤维素粉无其他碳源的选择培养基上 D 含四大营养素的培养基上 11．纤维素分解菌选择培养基的选择作用原因在于（） A 硝酸钠 B 氯化钾 C 酵母膏 D 纤维素粉 12．选择培养的结果，培养液变（） A 清澈 B 浑浊 C 红色 D 产生透明圈 13．在对纤维素分解菌进行选择培养时用液体培养基的目的是（） A 可获得大量菌体 B 纤维素分解菌适宜在液体培养基上生长 C 可以充分利用培养基中的营养物质 D 可获得高纯度的纤维素分解菌
羟丙基甲基纤维素的生产工艺及应用
1产品概况 纤维素醚是一类重要的水溶性高分子化合物,是以天然纤维素(α- 纤维素,包括棉短绒或木桨粕) 经过碱化、醚化反应而生成的一系列产品的总称。纤维素醚分为离子型和非离子型两类产品,离子型产品主要是羧甲基纤维素(CMC) ,非离子型产品包括甲基纤维素(MC) 、羟丙基甲基纤维素(HPMC) 、乙基纤维素( EC) 、羟乙基纤维素(HEC) 、羟丙基纤维素(HPC) 等。 HPMC属水溶性非离子型纤维素醚,是甲基纤维素(MC) 中部分甲氧基被羟丙氧基置换时得到的产物。 HPMC 为白色粉末,无味,无臭,无毒,在人体内完全无变化而排出体外。该品易溶于水,但不溶于热水。水溶液为无色透明粘稠物。HPMC 具有优良的增稠、乳化、成膜、分散、保护胶体、保持水分、粘合、耐酸碱,抗酶等性能,广泛用于建筑、涂料、医药、食品、纺织、油田、化妆品、洗涤剂、陶瓷、油墨及化学聚合反应过程中。 1生产工艺 HPMC制造主要由棉绒碱处理、羟丙基化、甲基化等三个反应来完成的。在近几年出现的各种技术方只仅仅集中在完善和改进各个单元操作方面。一般都用棉绒为原料，用50%的氢氧化钠水溶液进行碱性处理，得到纤维素钠盐，在进行羟丙基化和甲基化操作。最近常用的羟丙基化试剂是氧化丙烯，而在70年代也有用丙醇作羟丙基化试剂的报道。甲基化试剂一般都采用氯甲烷，在早期也有用溴甲烷、硫酸二甲酯的报道。 评价：HPMC性能的指标是甲基取代度，醚化效率，聚合度，粘度等。各种新工艺方法的出现，均是围绕着改进某些工艺路线，提高某些指标水平而进行的。 纤维素醚类生产工艺有其共性,即精制棉或木浆经液体烧碱浸渍,压榨除去多余的碱液,得到碱纤 维素,再加入溶剂,醚化剂,在一定温度、压力下进行醚化反应,反应终点以所需醚化度为准,然后经中和洗涤、干燥,粉碎等得成品。 HPMC的生产采用氯甲烷和环氧丙烷作为醚化剂, 其化学反应方程是: Rcell - OH+ NaOH+ CH3Cl + CH2OCHCH3 →Rcell - O - CH2OHCHCH3 + NaCl + H2O 醚化工艺大体上可分为两大类，一类是一步醚化法，即使羟丙基化反应和甲基化反应同时进行，这是早期采用的方法，仍然是现在制备HPMC的重要方法。另一类是分步醚化法，即将羟丙基化操作和甲基化操作分开进行，这样得到的产品某些指标较好。 1.1一步醚化法 实例1：粉末状棉绒和50%氢氧化钠水溶液在60℃时混合，在反应器压力为2.26×10-4MPa情况下，连续通入环氧丙烯。在通过组成为52%甲醚，43%氯甲烷和5%环氧丙烷混合气体。再次加入50%氢氧化钠溶液，并混合之。继续通入氯丙烷，在80℃反映1h。反应产物羟丙基甲基纤维素的甲基取代度为20.2%，羟丙基取代度为25.4%，不溶物＜0.05%。在反应中，氯甲烷的转化率为53.8%，环丙甲烷的转化率为42.6%。
改性纤维素对重金属离子吸附性能的综述
2019年第3期广东化工 第46卷总第389期https://www.wendangku.net/doc/f016027938.html, ·99 ·改性纤维素对重金属离子吸附性能的综述 张金瑶1，李箫宁1，肖惠宁1，潘远凤2* (1．华北电力大学环境科学与工程系，河北保定071003：2．广西大学化学与化工学院，广西南宁53004) [摘要]随着我国社会经济的快速发展，重金属的污染问题己变得日益严重。特别是对水质的污染，己引起了全世界环境工作者的普遍关注。 因此，寻找一种对重金属去除效率高，操作简便，经济且无二次污染的方法对重金属污染废水的处理和饮水净化都具有重要意义。本文介绍了国内外处理污水的技术，和介绍了改性纤维素的方法。 [关键词]重金属污染；纤维素；吸附 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)03-0099-02 Review on Adsorption Properties of Modified Cellulose for Heavy Metal Ions Zhang Jinyao1, Li Xiaoning1, Xiao Huining1, Pan Yuanfeng2* (1. Department of Environmental Science and Engineering，North China Electric Power University, Baoding 071003； 2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China) Abstract: With the rapid development of China's social economy, the problem of heavy metal pollution has become increasingly serious. In particular, the pollution of water quality has caused widespread concern among environmental workers around the world. Therefore, it is of great significance to find a method for high heavy metal removal efficiency, easy operation, economical and no secondary pollution for the treatment of heavy metal contaminated wastewater and water purification. This paper introduces the technology of treating sewage at home and abroad, and introduces the method of modifying cellulose. Keywords: heavy metal pollution；cellulose；adsorption 1 重金属废水的危害及其处理技术 重金属废水污染是目前最为严重的环境污染之一。因为其毒 性及其难生物降解性，被重金属废水污染的水体往往给人类及水 生动植物带来严重的后果。本文将着重介绍汞和砷的危害及处理 技术。 自然界中汞主要以单质汞、无机汞化合物和有机汞化合物的 形式存在。汞主要有三种价态：Hg(0)，Hg(I)和Hg(II)[1]。不同形 态和价态的汞具有不同的理化性质和环境化学行为。人们对汞环 境污染问题的认识开始于20世纪50年代的日本水误病事件。20 世纪80年代，在北美、北欧一些远离汞污染源的水体，鱼体内汞 含量超标，甚至北极附近格陵兰岛的冰层中汞含量也在上升，由 此，汞被视为全球污染物而受到广泛的关注[2]。 砷是一种毒性很强的致癌物质，化合价形态有四种：As(-Ⅲ)、 As(0)、As(Ⅲ)、As(Ⅴ)，可与多种物质反应生成无机或有机含砷 化合物[3]。有机含砷化合物(除砷化氢及其衍生物外)毒性一般都较 弱，而无机含砷化合物通常为剧毒。砷在水体中最常见的价态是 氧化态(As(Ⅴ))和还原态(As(Ⅲ))，As(Ⅴ)比As(Ⅲ)毒性小，是天 然水域的主要物种之一。所有溶解到水中的含砷化合物都有毒且 具有致畸、致癌，致突变的性质，严重威胁到了人类的生命健康 [4]。 目前对于重金属污染废水的处理方法包括物理法及化学法 [5]，具体方法有化学沉淀法、离子交换法、反渗透法(膜法)、氧化 还原法、吸附法等。 化学沉淀法[6]：由于工业废水中重金属离子的氢氧化物难溶于水，可以向工业废水中投加化学试剂 (如氢氧化钠、氨水等)，发生化学反应生成难溶于水的沉淀，从而固液分离将重金属离子除去。 离子交换法[7]：当合成的离子交换树脂材料遇到水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应。Na+交换树脂可以将工业废水中重金属离子交换吸收。 反渗透法(膜法)[8]：反渗透法借助外界提供的压力作用，使水分子通过反渗透膜，重金属离子留在膜的另一侧，从而实现对重金属废水的处理过程。 氧化还原法[9]：氧化还原法和化学沉淀法很类似，都是投加药剂发生化学反应，氧化还原法常用的药剂有硫酸亚铁、锌粉等。氧化还原法是通过化学反应将有毒性的重金属离子氧化或还原为还原态元素使其毒性减小，从而处理工业废水。运用此方法三价砷离子可以被氧化成五价砷离子。 吸附法[10]：利用多孔性的固体吸附剂将水样中的组分吸附于表面，再用适宜溶剂将组分解吸，达到分离的目的。吸附法可用于工业废水中微量重金属离子的去除，按吸附本质可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是溶质与吸附剂表面原子或分子之间由于分子间范德华力进行的吸附作用，吸附选择性不强。化学吸附指溶质与吸附剂表面原子或分子之间发生电子的转移、交换，形成化学键的吸附，吸附具有选择性。在重金属离子的被吸附过程中，物理吸附和化学吸附作用同时存在，难以明确区分，一般来讲，化学吸附占主导作用[11]。 2 纤维素的结构及改性方法 2.1 纤维素结构 纤维素是细胞壁的主要成分，给植物体提供结构支撑，其也大量存在于藻类及真菌中，是一种广泛存在的绿色可再生的天然产物。纤维素由β吡喃葡萄糖基通过β-(1,4)糖营键连接而形成的高分子均聚物[12]。20~300条纤维素链团聚在一起形成微纤维，很多这样的微纤维聚集在一起，形成纤维素纤维由纤维素的分子链结构式图1可知，纤维素表面含有大量的羟基，且对其表征可发现其有大的比表面积，这些特性使得纤维素具有很高的反应活性，从而可以成为制备性能优良的吸附剂的基体材料。由于天然纤维素的高分子结构中存在大量的羟基，故其分子链内与分子链间存在大量氢键[13]，当其作为吸附剂时，溶液可及度降低，导致其吸附容量小，吸附过程缓慢，反应活性降低[14]。因此，为了提高纤维素对重金属离子的吸附性能，必须对天然纤维素的结构进行改性。 图1 纤维素的分子链结构式 2.2 纤维素预处理方法 纤维素每个结构单元中存在的三个羟基使得天然纤维素带有很强的氢键作用，使得其在传统溶剂中溶解性很小。一般对纤维素的预处理的目的是降低其结晶区的结晶度，增大其在溶剂中的溶解性，从而使接下来的化学改性容易进行，纤维素预处理方法主要有以下三类，物理预处理法、化学预处理法和生物预处理法[15]。 2.3 纤维素的改性方法 纤维素的改性分为物理改性和化学改性，化学改性主要依靠羟基的反应完成。这些羟基可以发生氧化反应、酯化反应、醚化反应、接支共聚反应，因此可得到改性纤维素[16]。纤维素的改性方法主要有：氧化法、酯化法、原子转移自由基聚合接枝法等纤 [收稿日期] 2018-12-12 [基金项目] 国家自然科学基金资助项目( 21466005) [作者简介] 张金瑶(1994-)，男，河北人，硕士研究生，主要研究方向为水处理与土壤修复。*为通讯作者。
羟丙基甲基纤维素生产工艺
1 2011104163610 一种纸浆羟甲基纤维素型施胶剂及其制备方法 2 2012103202129 一种羟甲基纤维素共聚物型阻水纱的制备方法 3 2012105073156 一种利用木质纤维素生物质联产糠醛和5-羟甲基糠醛的方法 4 2013103462224 由结冷胶和柠檬酸钾凝胶的羟丙甲纤维素肠溶空心胶囊 5 2012101581402 羟丙基甲基纤维素醚的制备工艺 6 2012101592784 一种双核离子液体催化纤维素水解制5-羟甲基糠醛的方法 7 201210164902X 一种超低粘羟丙基甲基纤维素醚的制备方法 8 2012100459973 纤维素转化为5-羟甲基糠醛的方法 9 2010800381060 羟丙基纤维素粒子 10 2011103672971 用竹浆生产羟丙基甲基纤维素的方法 11 2011104549654 一种采用反应萃取耦合技术均相降解纤维素制备5-羟甲基糠醛的方法 12 2007100456692 合成纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的方法 13 200680031004X 含有控释羟丙甲纤维素基质的药物组合物 14 2006800394967 制备包括羟丙基甲基纤维素的水性医药组合物的方法和可获得的医药组合物 15 028056256 含有邻苯二甲酸羟丙基甲基纤维素聚合物的固体分散体的药物组合物 16 2005800084792 包含羧甲基纤维素钠和羟丙基甲基纤维素的眼液 17 2008100186734 羟乙基纤维素的制备方法 18 001112287 高取代羟丙基纤维素醚及其制备方法 19 998045527 羟丙基纤维素和阴离子聚合物组合物及其作为药物膜包衣的用途 20 001182978 低取代羟丙基纤维素 21 988110164 用季化羟乙基纤维素和聚合双胍对接触镜片进行消毒 22 971946388 包含以交联淀粉和羟丙基甲基纤维素为主要成分的载体的控释药片 23 2005100158321 双模板法羟乙基纤维素改性海藻酸盐微球及其制备方法 24 911003487 一步法合成交联羧烷基羟烷基纤维素复合醚工艺 25 881085200 含水溶性、非电离的疏水改性羟乙基纤维素的胶结组合物及其使用 26 2010105786775 具有高的热凝胶强度的羟丙基甲基纤维素、生产其的方法和含有该羟丙基甲基纤维素的食品 27 2014100560681 药用辅料羟丙甲纤维素淤浆法生产工艺 28 2012104722065 一种高固含量的低取代度羟乙基纤维素溶液的制备方法 29 201210511908X 一种羟乙基羧甲基纤维素的制备方法 30 201310000118X 羟乙基纤维素-二氧化硅渗透汽化杂化膜的制备方法 31 2011800359555 具有提高的醋酸酯和琥珀酸酯取代的醋酸羟丙基甲基纤维素琥珀酸酯 32 2011800120455 阳离子化纤维素以及阳离子化羟烷基纤维素的制造方法 33 2013103462296 由结冷胶和氯化钙凝胶的羟丙甲纤维素肠溶空心胶囊 34 2013103462281 由结冷胶和氯化钾凝胶的羟丙甲纤维素肠溶空心胶囊 35 201210300634X 一种醋酸羟丙甲纤维素琥珀酸酯的制备方法 36 2012102636718 一种含有羟甲基纤维素钠的低温磷化液 37 2012103130370 一种炔基羟丙基纤维素及其温敏性水凝胶的制备方法与应用 38 2010800524223 羟烷基纤维素微粒 39 2012100692075 超低粘度羟乙基纤维素的液相合成工艺 40 2012101451860 一种羟乙基甲基纤维素的制备方法