植物纤维改性技术及其应用ppt课件.ppt

纤维素改性技术及其在环境保护中的应用 二零一二 2020 4 15 1 经过多年的发展 改性纤维素应用价值得到了广泛认可 改性纤维素在环境保护领域中应用广泛 主要集中在重金属吸附 富集 回收方面 在大气净化领域也有研究 2020 4 15 2 纤维素属于结晶区和非结晶区共存的结构 由于此结构以及分子内和分子间氢键的影响 使得纤维素很难溶于普通的溶剂 这就决定了纤维素多数的化学反应都是在多相介质中进行的 很难进行均匀的化学改性 为了克服多相反应的非均匀性和提高纤维素的反应性能 在进行反应之前 纤维素材料通常都经历溶胀或活化处理 通常的方法是在纤维素反应前进行各种化学 物理及生物方法的预处理 纤维素的预处理 2020 4 15 3 化学预处理利用氢氧化钠溶液对纤维素进行润胀预处理是发现最早 应用最广 最有效的手段之一 又称莫塞斯光处理法 纤维素的预处理 2020 4 15 4 物理预处理常规的物理活化方法包括干法或湿法磨 蒸汽爆炸 氨爆炸 溶剂交换或者浸润等 在物理预处理过程中 纤维素的形态结构会发生变化 使可及的表面和小孔增加 蒸汽爆破处理对纤维素分子内和分子间氢键的断裂 纤维素超分子结构的破坏 化学反应性的提高非常有效 具有处理时间短 化学用品用量少 能耗低等优点 纤维素的预处理 2020 4 15 5 生物技术预处理生物技术作为预处理手段 通常是将酶应用于制浆工艺的打浆过程 目前 酶法预处理工业化的难题之一是纤维素酶价格昂贵 酶的费用约占整个过程费用的60 到80 左右 因此其应用性不如化学 物理等预处理方法 纤维素的预处理 2020 4 15 6 纤维素的改性方法 纤维素是由许多 D 葡萄糖分子脱水缩合而成 不分枝 葡萄糖分子借 1 4 糖苷连接 纤维素的这一结特点使得纤维素在经过适当的预处理后 可以通过一系列的化学改性反应 制取不同用途的功能高分子材料 按其反应方法不同 大致可分为氧化反应 酯化 醚化反应 亲核取代反应 接枝共聚改性和交联5种 2020 4 15 7 氧化反应纤维素完全氧化的最终产物是二氧化碳和水 但是部分氧化作用可以把新的官能团 醛基 酮基 羧基或烯醇基等引入纤维素大分子 生成不同性质的水溶性或不溶性的氧化物 称之为氧化纤维素 纤维素的改性方法 2020 4 15 8 酯化 醚化反应纤维素的酯 醚化反应是最为重要的纤维素衍生化反应 纤维素分子链上的羟基可与酸 酸酐 酰卤等发生反应生成酯 与烷基化试剂反应生成纤维素醚 于本世纪五 六十年代相继实现工业化 纤维素酯中 以纤维素硝酸酯 纤维素醋酸酯和纤维素黄原酸酯最为普遍和重要 目前已广泛 纤维素的改性方法 应用于涂料 日用化工 制药 纺织 塑料 烟草 粘合剂 膜科学等工业部门和研究领域中 2020 4 15 9 接枝共聚反应改性纤维素虽然比天然纤维素有了较为明显的优点 但其相对分子质量增加不多 而使其强度 粘度等性质受到了一定的限制 因此 改性纤维素的接枝共聚能克服以上缺点 使其应用更加广泛 改性后的纤维素可用于生物降解塑料 复合材料 吸水树脂 离子交换树脂 絮凝剂以及螯合纤维等方面 纤维素的接枝共聚使纤维素改性 其围很广 包括增强 湿强与干强 防火耐燃 纤维素的改性方法 抗热 电绝缘性 导电性 耐微生物 耐酸 耐磨 染料吸收等 纤维素接枝共聚主要方法有自由基聚合 离子型共聚及缩聚与开环聚合等 2020 4 15 10 亲核取代反应在糖类化学中 羟基的亲核取代反应 主要为SN2取代起着相当重要的作用 采用这种反应可以合成新的纤维素衍生物 其中包括C取代的脱氧纤维素衍生物 deoxycellulosederiva tives 如脱氧纤维素卤代物 halodeoxycellulose 和脱氧氨基纤维素 aminodeoxycellulose 首先 将纤维素转化为相应的甲苯磺酸酯或甲基磺酸酯 然后 用 纤维素的改性方法 卤素或卤化物 氨 一级胺和二级胺或三级胺等亲核试剂 将易离去基团 CH3C6H5SO3 取代 即可得到脱氧纤维素卤代物和脱氧氨基纤维素 脱氧纤维素卤代物是制备纤维素功能衍生物的原料 2020 4 15 11 交联反应纤维素结构中含有大量醇羟基 植物纤维物理结构上的多毛细管性 大的比表面积 使天然纤维素自身就具有较强的吸水性 因而作为吸水材料得到一定的应用 通过交联反应 使纤维素具有更适宜的亲水结构 可进一步提高纤维素及其 纤维素的改性方法 衍生物如CMC HEC MC等的吸水性 因此可制备高吸水性高吸附材料 2020 4 15 12 目前 在环保领域 改性纤维素多用于对污水的吸附处理 如对水中的N P As Cr等进行吸附处理 同时 在大气净化领域的研究与应用也逐渐增加 改性纤维素在环境保护领域中的应用天然纤维素经过预处理和化学改性后可得到性能优良的新材料 广泛应用于各个领域 如医药 日用化工 膜工业 塑料工业等 改性纤维素在环境保护领域中的应用 2020 4 15 13 改性纤维素在水处理领域的应用改性纤维素多用于吸附废水中的重金属离子 达到去除 富集 回收的目的 改性纤维素吸附剂吸附 分离和提取废水中的重金属离子与一般的重金属处理方法相比 具有吸附量大 吸附速度快 成本低 操作简单 不产生二次污染等优点 改性纤维素在环境保护领域中的应用 2020 4 15 14 改性纤维素在空气净化领域的应用在空气净化领域 长期以来 空气净化装置及各种形式的呼吸性防毒面具多采用活性碳颗粒或纤维作为吸附过滤材料 改性纤维素在环境保护领域中的应用 2020 4 15 15 由于纤维素原料丰富 耐酸碱腐蚀 成本较低等优势 改性纤维素技术及其应用越来越受到重视 随着一次能源的消耗 化纤制品也离绿色化学的概念日行渐远 因此 以可再生天然纤维素为主体的改性纤维素的开发利用也符合可持续发展与环境友好的目标 改性纤维素目前