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天然有机高分子絮凝剂之纤维素主讲内容纤维素结构与性质絮凝机理研究进展及应用纤维素的改性纤维素的制备及衍生物概论•纤维素（cellulose）是人类研究最早、资源最丰富的一种天然高分子，与人类关系十分密切。•纤维素主要是来自于植物，也是高等植物中最主要的结构材料，是植物细胞壁的主要成分。•纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上。概论•棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。此外，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。•纤维素是重要的造纸原料。此外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。概论•还有报告称宇宙空间也存在纤维素。•中国最早认识到纤维素的重要功能并发明了造纸术，对人类文化起到了强大的推动作用。纤维素的结构•纤维素是一种由经验分子式为C6H10O5的葡萄糖单元组成的碳水化合物。它是细胞壁或树木或其他高等植物的主要结构单元。•纤维素是一种多分散、高分子量的聚合物，由长链的D-葡萄糖单元用β1-4配糖连接在一起。纤维素的结构•下图显示了纤维素的结构：•每个葡萄糖单元含有3个极性羟基—1个一级基团和2个二级基团，并且是多环结构，故分子链为刚性链，在结构上具有高度的规整性，并在分子间形成氢键连接，充满空隙。纤维素的性质•纤维素大分子在平衡态时是无定型的，定向后可有相当程度的规整晶体结构。聚合物的聚集密度较高，从而不溶于有机溶剂，只能溶于铜氨等特殊溶液。•纤维素大分子间以及分子内存在大量的氢键，并在同态下聚积成不同水平的结晶性原体结构，使大部分反应性羟基被封闭在品区内，导致纤维素酯化、醚化、接枝共聚反应的不均一性，直接影响反应产物的性能。这种结构也决定了其不能和水在一般的有机溶剂中溶解，缺乏可塑性，对其加工成型十分不利。纤维素的性质•纤维素能溶于Schwitzer试剂或浓硫酸。虽然不易用酸水解，但是稀酸或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖和寡糖。•水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。纤维素加热到约150℃时不发生显著变化，超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素的性质•纤维素与较浓的无机酸起水解作用生成葡萄糖等，与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。•纤维素柔顺性很差，是刚性的，因为（1）它分子有极性，分子链之间相互作用力很强；（2）纤维素中的六元吡喃环结构致使内旋转困难；（3）其分子内和分子间都能形成氢键特别是分子内氢键致使糖苷键不能旋转从而使其刚性大大增加。纤维素的制备方法•纤维素的实验室制法是先用水、有机溶剂处理植物原料，再用氯、亚氯酸盐、二氧化氯、过乙酸去除其中所含的木素，得到纤维素和半纤维素，然后采用各种方法除去半纤维素，制得纯纤维素。•工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料，除去木素，然后经过漂白进一步除去残留木素，所得漂白浆可用于造纸。纤维素衍生物•纤维素衍生物包括硝酸纤维素、醋酸纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素。在水处理中应用最多的是羧甲基纤维素。羧甲基纤维素絮凝机理纤维素的改性•纤维素是地球上最丰富的可再生资源，具有廉价、可降解和对生态环境不产生污染等优点，在解决人类所面临的能源、资源和环境问题方面都有着重要的意义。然而纤维素不能在水和一般有机溶剂中溶解，也缺乏热可塑性，这对其成形加工极为不利，因此常对其进行化学改性。研究进展及应用前景阳离子纤维素絮凝剂有关纤维素的其它应用进展纤维素应用甲壳素与纤维素复合物对水中Hg2+离子的吸附接枝纤维素絮凝剂负载β-环糊精纤维素纤维在污水处理中的应用辛婷婷等合成纤维素-丙烯酰胺阳离子絮凝剂对废水的浊度和COD去除效果显著。1陶洪云在NaOH／尿素水体系下，成功的合成出水溶性的阳离子纤维素，具有良好的絮凝效果234阳离子纤维素絮凝剂余逸男和陈水林用纤维素纤维阳离子改性剂聚环氧氯丙烷胺化物使染色废水中基本无盐、无染料的清洁染色成为可能。马凤国等制备了季铵化阳离子树脂，研究发现改树脂对以直接湖蓝5B、直接大红4BS为代表的水溶性直接染料的脱色率高达98%。路婷等采用LiCl/DMAc溶剂体系，以丙烯酰胺和木材纤维素为原料，进行接枝共聚及阳离子化，合成天然高分子改性絮凝剂。讨论了LiCl用量、纤维素用量、单体浓度等因素对接枝产物絮凝剂性能的影响。天然高分子改性絮凝剂最佳合成条件：LiCl用量为6g/50mL，纤维素用量为0.50g/50mL，丙烯酰胺量为2.0g/50mL。接枝产率可达62.74%。对高岭土悬浊液絮凝剂投药量为6~8mg/L,pH值为7左右时，即能达到理想的净化效果，浊度的去除率均在90%以上。接枝纤维素絮凝剂邢晓东等通过表面接枝的方法，在纤维素纤维表面引人了具有杀菌功能的季铵盐型聚合物。研究了不同的工艺参数对接枝反应的影响，并考察了不同接枝率的表面接枝季铵盐型纤维素纤维对水溶液中大肠杆菌的除菌效果研究表明，接枝了季铵盐单体的纤维素纤维对细菌有很好的杀菌效果，并且随着接枝率的升高，杀菌作用增加，杀菌速度提高。22%接枝率的纤维可以有效地吸附细菌，而接枝率54%的纤维不但可以吸附细菌，而且可杀死细菌。接枝纤维素絮凝剂彭望明以甲壳素与脱脂棉为原料，用6%质量分数NaOH和5%质量分数硫脲混合溶液作溶剂，以5%质量分数硫酸作絮凝剂絮凝得到甲壳素-纤维素复合物，研究了甲壳素的比例、复合物的用量和吸附时间等吸附率的影响。研究表明，当被吸附对象的用量是40mL10mg/L汞标液，甲壳素与纤维素的比例为2:1、吸附剂用量为2.5g，吸附时间为2h，温度为40oC，溶液pH值为4.0时，复合物对汞离子吸附率可达94.19%。甲壳素与纤维素复合物对水中Hg2+离子的吸附万军民等以环氧氯丙烷作为交联剂，在碱性介质中将β-环糊精负载到粘胶纤维上，合成了负载β-环糊精的功能性纤维素纤维。考察了其对模拟水样中无机重金属离子等的富集性能。实验结果表明：负载β-环糊精的纤维素纤维对无机重金属离子（Cu2+、Cd2+、Pb2+）、苯胺、苯酚及苯二酚富集效果良好，Cu2+、Cd2+、Pb2+富集容量分别达到0.2428、0.2954、0.3438mmol/g,苯胺、苯酚及其对苯二酚富集容量分别达到1.154、1.117和0.9576mmol/g负载β-环糊精纤维素纤维在污水处理中的应用任峰等以水果渣（含纤维素）为原料，将其分别与氯乙酸、丙烯腈、丙烯酰胺在不同的条件下醚化、聚合，制得多种絮凝剂，用于处理造纸废水。1蒋文新等以稻壳（含纤维素）为原料，经过预处理，再与阳离子醚化剂十八烷基氯化铵发生反应，制备高效天然改性阳离子絮凝剂。改絮凝剂用于处理生活废水和墨废水时，当Ph=6,浊度去除率分别可达98.8%和99.7%234有关纤维素的其它应用进展Miky等人将纸浆等含纤维素质用环氧丙烷活化后再和二甲胺、二乙胺反应生成碱吸附树脂可用于染料和金属离子的吸附。R.R.Navarro等用铈胺做催化剂，在纤维素上接枝甲基丙烯酸缩水甘油脂，来提高纤维素对重金属的吸附能力。蒲宗耀等用尿素与纤维素纤维的反应，制得氨基甲酸酯化纤维素纤维，氨基甲酸酯化改性能明显提高纤维素纤维对阴离子染料的吸附能力。1董绮功等以稻壳提取的纤维素为原料，经氯化并与多胺类化合物合成了6种含氮纤维素螯合树脂，然后在碱性的条件下用环硫氯丙烷交联ADC合成了6种新型含氮、硫纤维素安和树脂，其对Cr3+、Ni2+、Hg2+、Pb2+、Ag+等离子有良好的吸附性。234有关纤维素的其它应用进展罗儒显等以蔗渣纤维素为原料，经碱化后与二硫化碳反应，制得蔗渣纤维素黄原酸酯，研究了其合成的最佳工艺条件，并探讨了它对阳离子染料、纺织印染污水的交换吸附性能以及再生性能，黄原酸酯对阳离子蓝染料具有良好的交换吸附性能。张燕兴等考察了羟基纤维素和HClO对产物絮凝效果的影响。结果表明，羟基纤维素和HClO的用量越大，产物中的-COOH含量越高，絮凝效果越好。谢谢！