玉米秸稈的化學(xué)改性、表征及吸油性能的研究

【摘要】：隨著能源消耗量的增加，世界面臨著來自石油及其衍生物所帶來的各種危害之中。在原油的抽取、冶煉、轉(zhuǎn)換、儲存，尤其是運(yùn)輸過程中，會造成泄漏等問題，由此產(chǎn)生的水質(zhì)污染，土壤污染，嚴(yán)重侵害著生態(tài)環(huán)境，也損害著人類的健康發(fā)展。 面對由石油帶來污染問題，首要任務(wù)是防止大量污染物的擴(kuò)散，后續(xù)過程則是應(yīng)用各種方法綜合治理，將生態(tài)危機(jī)降低最低，以期最大限度地減小油類污染對社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)所造成的不良影響。常規(guī)處理溢油的方法有生物修復(fù)、原位燃燒和機(jī)械抽取。其中又以機(jī)械抽取中吸附劑的使用最為經(jīng)濟(jì)有效。吸油材料不僅能使油類污染物由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固體或者半固體，便于后續(xù)常規(guī)方法的處理；而且能盡可能多地回收溢油，在減少環(huán)境危害的同時回收資源。本文即因地制宜，選取天然玉米秸稈材料作為吸油材料，它有低密度、低成本、無毒和可生物降解等優(yōu)點。鑒于玉米秸稈本身吸油量不多，本文采用化學(xué)改性的方法對其進(jìn)行處理，以實現(xiàn)高效吸油。 本文分別以苯乙烯、苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯的混合物作為接枝單體，通過懸浮聚合法進(jìn)行復(fù)合吸附劑的制備，由此獲得了兩種高效的吸油材料SCS和BMS-CS。為了評價改性后材料的吸油性能，分別在純油體系和油水體系中研究其吸油特征。并且各種影響因素，如吸附劑粒徑大小、接觸時間、吸附溫度、保油性能和重復(fù)利用率等均進(jìn)行了相應(yīng)的討論。同時借助掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜和X-射線衍射對改性前后材料的微觀形態(tài)、官能團(tuán)變化和晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。由此得出如下結(jié)論： 1）對于SCS來說，其最佳的制備條件為：60℃下，在玉米秸稈3.00g、引發(fā)劑BPO為0.30g、單體苯乙烯12.0mL、交聯(lián)劑MBA為0.02g的條件下反應(yīng)6h。BMS-CS的最優(yōu)制備參數(shù)為：在50℃，引發(fā)劑硝酸鈰銨2.0mmol/L、單體甲基丙烯酸丁酯和苯乙烯濃度分別為0.6mol/L和0.012mol/L、交聯(lián)劑MBA質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.1%（相對于RCS）的前提下反應(yīng)25h。 2）SEM圖顯示出改性后的材料表面變得粗糙且呈毛刺狀，具有較多不規(guī)則的褶皺，并伴有小孔出現(xiàn)。XRD圖中結(jié)晶度的下降也印證粗糙度的增加。FT-IR紅外圖譜中新出現(xiàn)的酯基官能團(tuán)和苯乙烯基官能團(tuán)的吸收峰說明親油單體被接枝到玉米秸稈原材料RCS的表面。各種材料表征手段（SEM、XRD和FT-IR）表明了材料結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)的變化，從理論上說明為何改性后的材料具有高效的吸油性能。此外，改性后的材料仍保留著纖維素本身的特性，這為后續(xù)進(jìn)一步處理提供物質(zhì)基礎(chǔ)，同時纖維素本身的可降解性也使得材料吸油后便于處理和生物分解。 3）實驗結(jié)果顯示常溫下RCS、SCS和BMS-CS的吸油量分別為5.23g/g、16.73g/g和20.12g/g，此數(shù)據(jù)顯示改性后的材料吸油性能得到增加。吸附動力學(xué)以及不同溫度下的吸油性能表明：SCS和BMS-CS具有快速的吸油平衡時間，吸油量受溫度影響，隨著溫度的降低油的粘度增大，使更多的油可以附著在材料表面，從而增大吸油量。此外吸附的油可以通過簡單的擠壓方法排出材料之外，使吸附劑可以多次重復(fù)利用。相對于原材料RCS，改性后的SCS和BMS-CS展示出了良好的吸油特性，快速的吸附平衡時間，出色的油水選擇性，高效保油性能和重復(fù)利用能力。 總之，從總體上說，改性后的材料SCS和BMS-CS是一種具有高吸油量、低密度、無毒和可生物降解等優(yōu)點的天然吸油材料，可以部分取代商業(yè)化的高吸油樹脂產(chǎn)品。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 溢油 接枝共聚 甲基丙烯酸丁酯 苯乙烯
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X712
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 石油污染的現(xiàn)狀及其危害12-14
• 1.1.1 石油污染的現(xiàn)狀12
• 1.1.2 石油污染的危害12-14
• 1.2 石油污染的治理措施14
• 1.3 吸油材料的發(fā)展歷程14-15
• 1.4 吸油材料的分類15-21
• 1.4.1 無機(jī)吸油材料15-16
• 1.4.2 有機(jī)吸油材料16-18
• 1.4.3 復(fù)合吸油材料18-19
• 1.4.4 吸油材料的吸附機(jī)理19-21
• 1.5 秸稈吸油材料的改性方法21-24
• 1.5.1 天然纖維材料改性基礎(chǔ)21-22
• 1.5.2 化學(xué)改性22
• 1.5.3 表面改性22-23
• 1.5.4 接枝共聚23
• 1.5.5 高溫?zé)峤?/span>23-24
• 1.5.6 生物改性24
• 1.6 吸油材料的評價要求24-25
• 第二章 實驗方案及步驟25-38
• 2.1 實驗的研究背景25
• 2.2 實驗?zāi)康募胺桨?/span>25-26
• 2.3 化學(xué)試劑及實驗儀器26-28
• 2.3.1 化學(xué)試劑及相關(guān)溶液26-27
• 2.3.2 主要化學(xué)設(shè)備及儀器27-28
• 2.4 接枝共聚反應(yīng)機(jī)理28-32
• 2.4.1 產(chǎn)生自由基的方法29-30
• 2.4.2 自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)30-32
• 2.5 實驗樣品的制備32
• 2.6 玉米秸稈組分分析32-33
• 2.7 材料的改性33-35
• 2.8 材料表征35
• 2.9 吸油實驗的測定35-38
• 2.9.1 吸油倍率的測定35-36
• 2.9.2 吸油動力學(xué)的測定36
• 2.9.3 顆粒度對吸附劑吸油性能的影響36-37
• 2.9.4 溫度對吸附劑吸油性能的影響37
• 2.9.5 吸附劑保油性能的測定37
• 2.9.6 吸附劑的重復(fù)利用率的測定37-38
• 第三章 苯乙烯接枝玉米秸稈吸油材料的制備及表征38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 實驗方案及材料制備38-40
• 3.2.1 改性的機(jī)理38
• 3.2.2 改性的步驟38-39
• 3.2.3 最佳改性條件的優(yōu)化39
• 3.2.4 優(yōu)化參數(shù)39-40
• 3.3 材料表征40-44
• 3.3.1 玉米結(jié)果組分的數(shù)據(jù)分析40-41
• 3.3.2 掃描電鏡分析41
• 3.3.3 FT-IR 的分析41-43
• 3.3.4 X-射線衍射的分析43-44
• 3.4 吸油實驗的測定44-49
• 3.4.1 不同粒徑對材料吸油性能的影響44-45
• 3.4.2 時間對吸油效果的影響45-46
• 3.4.3 溫度對吸油效果的影響46-47
• 3.4.4 保油性能的測定47-49
• 3.4.5 吸油材料的循環(huán)利用49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第四章 苯乙烯-甲基丙烯酸酯復(fù)合接枝改性玉米秸稈吸油材料的制備及表征51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 實驗結(jié)果與討論51-54
• 4.2.1 材料改性的步驟51
• 4.2.2 改性條件的優(yōu)化51-52
• 4.2.3 最優(yōu)改性條件的分析52-54
• 4.3 改性材料的表征54-56
• 4.3.1 掃描電鏡的分析54
• 4.3.2 FT-IR 的分析54-55
• 4.3.3 X-射線衍射的分析55-56
• 4.4 吸油實驗的測定56-59
• 4.4.1 時間對吸油效果的影響56-57
• 4.4.2 溫度對吸油效果的影響57-58
• 4.4.4 保油性能的研究58-59
• 4.5 農(nóng)業(yè)秸稈材料吸油量的對比59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第五章 結(jié)論61-63
• 5.1 主要研究結(jié)論61-62
• 5.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果72-73
• 致謝73-74
• 附件74

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