木材的复合化学改性及其对分散染料废水处理的基础研究

对废旧木材进行复合化学改性,是扩大木材的应用领域和实现高效利用的重要手段,采用经复合化学改性得到的"多微孔疏水木",利用其高吸附特性来处理分散染料废水,无疑是对林产业、化工业、纺织印染业和环保业都具有重大意义。本研究旨在利用木材上的羟基与有机试剂发生取代、加成等多次化学改性反应,并结合适度脱水或轻微干馏"碳化"技术制备两类具有高疏水、多微孔、高比表面的"多微孔疏水木"。然后利用其高吸附性能,开展对偶氮类分散染料模拟废水处理的研究, 探索复合化学改性木材对分散染料的吸附、富集、解吸过程及效率,揭示复合化学改性木材的微观和宏观结构与分散染料分子结构之间的关系,揭示分散染料在复合化学改性木材中的吸附、富集、洗脱的规律性及其机理, 并加以验证。最后将其研究结果应用于对分散染料企业和印染企业实际分散染料废水的处理,为复合化学改性木材处理分散染料废水的实际应用奠定基础, 达到"以废治废"的目的。

探索木材的复合化学改性及其对废水处理具有重要的科学意义和应用价值。本项目以杉木粉为研究对象，首先采用杉木粉与有机化学试剂反应制备单一化学改性木粉，然后尝试了多种手段对单一化学改性木粉进一步制备多微孔改性木粉，探讨了多微孔改性木粉对含分散染料的有机物废水和含铅、锌、铜离子的废水的吸附性能，最后研究了复合改性木粉对分散染料和重金属离子的吸附规律和吸附机理，结果表明：.1. 木材经乙酸酐、氯化苄、丙烯腈、硫酸二乙酯和环氧氯丙烷等改性后，纤维壁上的纹孔打开，小分子胶状物质流出。其中苄基化木粉纤维壁的结构破坏最严重。.2. 单一化学改性木粉的第二次有机试剂改性和轻微“碳化”处理，氯化钙、氧化钙和硫酸镁存在下的脱水处理，以及苄基化木粉的氯磺酸化“接枝”处理，均未达到预期目的。但苄基化木粉的高温高压水蒸气爆破处理可制备出多微孔、高疏水性复合改性木粉。醚化改性木粉与苯乙烯单体原位聚合，可制备出改性木粉-聚苯乙烯复合材料。.3. 所制得各种复合改性木粉处理含分散染料废水的效果均不佳，但制得的改性木粉-聚苯乙烯复合材料在较高温度下对分散染料具有很好的吸附（染色）效果，由此制备出了一系列彩色木塑材料。苄基木粉经高温高压水蒸气爆破处理制备的多微孔、高疏水性复合改性木粉对重金属离子具有很好的吸附效果。.4. 改性木粉-聚苯乙烯复合材料对分散染料的吸附（染色）效率与材料种类、染料种类和浓度、pH值、吸附温度和时间等因素有关；多微孔、高疏水性苄基木粉对重金属离子的吸附率与苄基化程度、金属离子种类和浓度、pH值、吸附温度和时间等有关。.本项目主要成果如下：.1. 在《Wood and Fiber Science》、《中国塑料》等刊物上发表论文8篇，其中英文SCI收录1篇，英文EI收录2篇，核心2篇；申报国家发明专利3项，授权2项。.2. 培养研究生3名，其中已毕业1名；培养本科生7名，获湖南省“挑战杯”二等奖1人，获省级化学化工学会竞赛特等奖1人。