论文部分内容阅读
纤维素纳米晶(CNC)是由秸秆、废纸、木材等生物质经酸解得到的。CNC具有比表面积大、羟基丰富和稳定性好等优点,是设计和开发纳米材料的理想原料。本文从CNC出发,通过高碘酸钠氧化和还原胺化反应,设计合成含氮基团修饰的纤维素纳米晶,研究其在金属离子吸附和pH响应型Pickering乳液上的应用性能。以滤纸为原料,通过无机酸(硫酸和盐酸)酸解法制备了纤维素纳米晶,将纤维素纳米晶经高碘酸钠氧化制备了双醛基纤维素纳米晶(DAC)。DAC分别与含有金属离子配位基团(氨基和巯基)的巯基乙胺和L-半胱氨酸发生还原胺化反应,制备了含有金属离子配位基团的纤维素纳米晶,分别是巯基乙胺基纤维素纳米晶(Cys-CNC)和L-半胱氨酸基纤维素纳米晶(Lcys-CNC)。另外,同样通过还原胺化反应,将含有丰富氨基的亲水性聚乙烯亚胺引入到DAC表面,制备出亲水性的聚乙烯亚胺基纤维素纳米晶(PEI-CNC),进一步对其进行疏水化改性,分别引入苄基、戊基和辛基,合成了三种含氨基的两亲性纤维素纳米晶,分别是苄基聚乙烯亚胺基纤维素纳米晶(Ben-PEI-CNC)、戊基聚乙烯亚胺基纤维素纳米晶(Amyl-PEI-CNC)和辛基聚乙烯亚胺基纤维素纳米晶(Oct-PEI-CNC)。通过红外光谱、XPS和固体核磁表征手段确认了改性纤维素纳米晶的分子结构;通过元素分析结果计算Cys-CNC和Lcys-CNC表面的N含量和S含量,以及含氨基的两亲性纤维素纳米晶的亲水基团和疏水基团含量。研究了 Cys-CNC和Lcys-CNC对金属离子的吸附性能,在多种金属离子共存的条件下,Cys-CNC和Lcys-CNC可以选择性地去除Hg(Ⅱ),Hg(Ⅱ)的去除效率分别为98%和87%;Cys-CNC和Lcys-CNC分别在10 min和5 min内达到吸附平衡,Hg(Ⅱ)的最大吸附量分别为849 mg g-1和923 mg g-1,表明它们可以选择性、快速、高效地吸附Hg(Ⅱ)。考察了 pH、吸附时间、初始Hg(Ⅱ)离子浓度对吸附性能的影响,发现Hg(Ⅱ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。负载Hg(Ⅱ)的Cys-CNC和Lcys-CNC经洗脱剂(2 M盐酸和0.5 M硫脲的混合溶液)处理后,可实现循环再生。从含氨基的两亲性纤维素纳米晶(Ben-PEI-CNC,Amyl-PEI-CNC和Oct-PEI-CNC)出发,制备了 Pickering乳液且乳液的稳定性受pH调控。其中,由Ben-PEI-CNC制备的Pickering乳液的pH响应性较理想,在pH 7时,乳液稳定;pH 3时,乳液破乳。调节体系的pH,实现了可逆的乳化-破乳,油相的回收和乳化剂的循环使用。还详细考察了 pH、Ben-PEI-CNC质量浓度和油/水体积比对乳液的影响。