楊瑤　譚曉燕

摘要將杉木粉進(jìn)行芐基化改性反應(yīng)，再經(jīng)高溫水蒸汽爆破處理制得多微孔芐基木粉，用紅外光譜、掃描電鏡對(duì)杉木粉改性前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.以多微孔芐基木粉為吸附劑，用原子吸收光譜研究了體系初始pH值、銅離子濃度、吸附溫度和吸附時(shí)間等因素對(duì)銅離子的吸附效率.結(jié)果表明，多微孔芐基木粉對(duì)銅離子的吸附能力高于原木粉、脫脂木粉和芐基木粉；當(dāng)溶液的pH值為4.0、銅離子濃度為40 mg/L、吸附溫度為40 ℃、吸附時(shí)間為45 min，多微孔芐基木粉質(zhì)量為溶液質(zhì)量的0.8%時(shí)，銅離子的去除率高達(dá)99%.

關(guān)鍵詞木材改性；芐基木粉；銅離子；原子吸收光譜；吸附

中圖分類號(hào)TQ35； X72； X131.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)10002537（2015）01002805

木粉是木材工業(yè)中價(jià)格低廉的副產(chǎn)品，含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等.由于其分子結(jié)構(gòu)中含有羥基、醚基等含氧官能團(tuán)，存在過渡孔或微孔，因而具有一定的吸附性能而被應(yīng)用于天然產(chǎn)物的分離純化[1]、染料[2]、苯酚類物質(zhì)[3]以及重金屬離子的吸附與富集[45].然而木粉的孔徑較小，存在孔膜，且孔內(nèi)有一些膠狀物質(zhì)，導(dǎo)致其比表面積并不高，吸附能力較低，因此，有關(guān)它用于吸附的報(bào)道并不多.為提高木粉等生物質(zhì)材料的吸附效果，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性以改變其極性，或制成多孔材料以增加其比表面積來實(shí)現(xiàn)提高其吸附力是一種常用的方法[67].目前，對(duì)木粉的化學(xué)改性主要集中于通過木粉上的羥基氫連接更強(qiáng)的極性基團(tuán)或配位基團(tuán)，以增強(qiáng)其吸附能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中金屬離子或有機(jī)物的吸附分離[811].然而，木粉經(jīng)改性（如乙酰化、芐基化和氰乙基化改性）后，因其親水性降低、疏水性增加，有利于吸附極性低的有機(jī)物[1213]，但木粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)一定程度的塌陷，使木粉原有的過渡孔或微孔變小[1415]，反而使比表面積減小而影響其吸附效率.因而需要通過某些手段對(duì)改性木粉進(jìn)行造孔或擴(kuò)孔來增加其比表面積，以提高其吸附能力.本研究以杉木粉為原料，通過芐基化反應(yīng)獲得芐基改性木粉，然后經(jīng)高溫水蒸汽爆破處理獲得多微孔芐基木粉，探討多微孔芐基木粉對(duì)銅離子的吸附性能，為利用廢棄木粉等生物質(zhì)材料處理含Cu2+等重金屬離子廢水提供新的思路[16].

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1化學(xué)試劑、原料和儀器設(shè)備

化學(xué)試劑與原材料：氫氧化鈉、五水硫酸銅、氯化芐、甲苯和乙醇均為分析純；杉木粉為湖南產(chǎn).

儀器和設(shè)備：Nicolet Avatar330紅外光譜儀（美國熱電公司），TAS986原子吸收光譜儀（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），JSM6380LV掃描電鏡（日本電子公司），Bruker AMX400核磁共振儀（德國布魯克儀器有限公司），HS12P高溫高壓染色機(jī)（江蘇靖江市華泰染整設(shè)備有限公司），水浴恒溫振蕩器（金壇市良友實(shí)驗(yàn)儀器廠）.

1.2多微孔芐基木粉的制備

1.2.1脫脂木粉和芐基木粉的制備[17]將干杉木粉過20目篩子，以V（苯）/V（乙醇）=1∶1的混合液為溶劑，用索氏提取器回流提取6 h，再用蒸餾水提取6 h，抽干后，在80 ℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥12 h，得脫脂杉木粉.

在帶有攪拌機(jī)、溫度計(jì)和回流裝置的250 mL的三口燒瓶中，加入20 g上述脫脂杉木粉、10 mol·L-1 的NaOH水溶液80 mL，攪拌均勻后讓其潤脹 30 min ，然后加入 80 mL 氯化芐和80 mL甲苯，攪拌下于125 ℃ 油浴中加熱反應(yīng)4 h，冷卻并加入少量水，抽濾，分別用乙醇洗滌兩次，水洗滌兩次，再用乙醇洗滌兩次，抽干后在60 ℃下干燥至恒重，得芐基化杉木粉，簡(jiǎn)稱“芐基木粉”，置于干燥器中備用.

木粉芐基化改性的化學(xué)反應(yīng)式如下：

Wood—OH+CH2Cl+NaOHWood—O—CH2+H2O+NaCl

1.2.2水蒸汽爆破處理芐基木粉在高溫高壓染色機(jī)的不銹鋼杯中，加入200 mL水，0.5 mL表面活性劑OP10和20.0 g 芐基木粉，密閉后，以2 ℃·min-1升溫到120 ℃，進(jìn)行水蒸汽爆破處理120 min.然后冷卻到室溫，倒出木粉，減壓抽濾，蒸餾水清洗2次，抽干，在55 ℃下真空干燥至恒重，得“多微孔芐基木粉”，保存于密閉塑料袋中，備用.

以脫脂木粉代替芐基木粉，按上述過程，同樣制得“爆破處理脫脂木粉”，備用.

1.3多微孔芐基木粉對(duì)銅離子的吸收試驗(yàn)

取多微孔芐基木粉0.400 g于100 mL錐形瓶中，加入50.00 mL一定濃度的Cu2+溶液，調(diào)節(jié)搖床水溫至設(shè)定溫度，振蕩一定時(shí)間，進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附完成后，冷卻到室溫，取樣用原子吸收光譜法對(duì)溶液中Cu2+的含量進(jìn)行分析.

1.4原子吸收光譜分析

1.4.1分析測(cè)試條件用原子吸收光譜儀測(cè)定含銅離子溶液的吸光度，測(cè)試條件為：工作電流 3 mA，譜帶寬度 0.4 mm，負(fù)高壓300.0 V，燃?xì)饬髁? 500 mL·min-1，燃燒器高度6.0 mm，波長324.8 nm.

1.4.2銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作銅標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：稱取0.982 0 g CuSO4·5H2O溶入少量蒸餾水中，加入5滴濃硫酸，冷卻后移入250 mL容量瓶，用蒸餾水定容得1 000 mg·L-1銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液.

銅標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：分別移取1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL 20 mg·L-1銅標(biāo)準(zhǔn)溶液到5個(gè)100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，得濃度分別為 0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 mg·L-1的銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，測(cè)定它們的吸光度.以吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)作圖，建立A～C關(guān)系曲線.

1.4.3樣品中銅離子濃度的測(cè)定移取吸附銅離子后的溶液1.00～5.00 mL，用蒸餾水定容到25 mL，測(cè)定其吸光度，在A～C標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出相應(yīng)的濃度，根據(jù)稀釋倍數(shù)計(jì)算樣品中銅離子濃度.