Page 173 - 精细化工2020年第2期
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2+
             第 2 期                   贺娇娇,等:  高吸附量纤维素膜的制备及其对 Pb 的吸附性能                                  ·375·

                                              –1
            处的 C—H 吸收峰向高波数 2971  cm 处位移,在                      22.1°、23.6°、31.0°和 32.7°等处出现特征衍射峰,
                    –1
            2925 cm 处出现—CH 2 的伸缩振动吸收峰,说明在                      其中 2=10.9°和 22.1°处的特征衍射峰为纤维素晶
            纤维素膜的形成过程中,纤维素分子链被打开,产                             型Ⅱ结构,其他特征衍射峰为不定型结晶结构                     [43] 。
                                –1
            生了—CH 2 ;1700  cm 处出现了羧基的 C==O 的伸                  由此可知,纤维素膜中的部分纤维素由Ⅰ型转变为
            缩振动吸收峰       [37]  ,可能是纤维素中—OH 与 H 2 SO 4          Ⅱ型,并且出现不定型结晶结构,结晶度明显降低。
                                      –1
            发生了酯化反应        [34] ;1563 cm 处出现 N—H 的弯曲
            振动吸收峰      [38] ,可能是尿素和硫脲中的—NH 2 和纤
                                               –1
            维素的—OH 反应生成 N—H;1319 cm 处的—OH
            变形振动吸收峰向 1315  cm         –1  低波数位移且峰强度
            变弱,这是因为纤维素溶于 NaOH 后,纤维素的氢
                                         –1
            键被破坏;纤维素膜中 1030 cm 处的 C—O—C 伸
            缩振动吸收峰强度增加且向高波数 1050  cm                –1  处位
            移,这可能是因为纤维素在强碱环境下发生了自身醚
            化,导致醚键增多        [39] ,通过测试黏度求出聚合度          [40] ,
            得出纤维素膜的聚合度高于纤维素,可以进一步说
                                                                  图 9    纤维素(a)和纤维素膜(b)的 XRD 谱图
            明纤维素是发生了自身醚化。由纤维素膜吸附 Pb                      2+    Fig. 9    XRD patterns of cellulose (a) and cellulose membrane (b)
                                                  –1
            后红外光谱图(图 8c)可以看出,1700 cm 处羧基
                                            –1
            C==O 的伸缩振动吸收峰及 1563 cm 处 N—H 的弯                    2.2.5    TG 分析
                                     2+
            曲振动吸收峰消失,说明 Pb 和纤维素膜中的 C==O                            在室温~800 ℃内,对纤维素(a)和纤维素膜
            键和 N—H 键发生反应,产生螯合作用,有利于提                           (b)进行了 TG 分析,结果如图 10 所示。从图 10
                      2+
            高其对 Pb 的吸附量,进一步证明了纤维素膜对                            可以看出,纤维素和纤维素膜在室温~48.8 ℃热稳定
               2+
            Pb 的吸附是以化学吸附为主,这与吸附动力学的                            性相同。纤维素在室温~121.5 ℃内失重约为 3.7%,
            研究结果一致。                                            这是由于纤维素中自由水和杂质的分解所致;在
                                                               122.4~221.2 ℃保持恒重,这一阶段为纤维物质发生
                                                               解聚的诱导期      [44] ;307.6~363.9 ℃纤维素进入主要裂
                                                               解阶段,这一阶段失重率为 69.9 %,此过程为纤维
                                                               素大分子链燃烧的过程          [32] 。366.1 ℃之后纤维素进入
                                                               缓慢的炭化阶段,最终残炭量为 7.0%。








            图 8    纤维素(a)、纤维素膜(b)和纤维素膜吸附 Pb              2+
                  后(c)的红外光谱图
            Fig.  8    FTIR  spectra  of  cellulose  (a),  cellulose  membrane
                                                       2+
                   (b) and cellulose membrane after adsorption of Pb (c)

            2.2.4    XRD 分析
                                                                  图 10    纤维素(a)和纤维素膜(b)的 TG 曲线
                 纤维素(a)和纤维素膜(b)的 XRD 谱图如图
                                                                Fig. 10    TG curves of cellulose (a) and cellulose membrane (b)
            9 所示。由图 9 可以看出,纤维素在 2 =15.6°、22.5°
            和 34.6°处分别出现了纤维素(101)、(002)和(004)                      纤维素膜在室温~121.5 ℃的失重率为 2.9%,低
            晶面的特征衍射峰,对应纤维素晶型Ⅰ的结构                     [41-42] 。  于纤维素的失重率。这可能是由于纤维素膜中加入
            纤维素膜在 2=15.6°处的特征衍射峰消失,在 2=                      的尿素、硫脲等物质降低了纤维素膜在这一区域的
            22.5°和 34.6°处的特征衍射峰强度明显减弱,说明纤                      失重率,故而纤维素膜的失重率低于纤维素的失重
            维素膜结晶结构受到破坏,这是因为纤维素溶于碱                             率;121.8~161.8 ℃纤维素膜进入第一个快速分解阶
            液,纤维素大分子链被打开,这和 FTIR 的分析结                          段,此阶段的失重率约为 9.8%,这可能是由于自由
            果一致(见 2.2.3 FTIR 分析)。纤维素膜在 2=10.9°、               水和部分溶剂的分解所致;240.1~300.4 ℃进入第二
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