纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展

纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的人类最宝贵的天然可再生资源。全世界每年用于纺织造纸的纤维素达800多万吨。纤维素具有可再生性、可生物降解性、生物相容性好、无毒等优点[1]。用分离纯化的纤维素制造的人造丝及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物，可用于石油钻井[2]、食品[3]、陶瓷油料、日化、石墨制品、电子、造纸[4]、涂料[5]、蚊香、烟草、橡胶[6]、农业、胶粘剂、塑料、炸药等行业，改性纤维素还可用于环保等方面。1纤维素的结构纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。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。纤维素是由D-吡喃葡萄糖环经β-1,4糖苷键组成的直链多糖，简单分子式为(C6H10O5)n，因连接在环上碳原子两端的OH和H位置不同，纤维素具有不同的性质。在天然纤维素中，聚合度n可达10000左右；纤维素分子链上大量存在的反应性强的羟基，十分有利于形成分子内和分子间氢键，其分子内氢键和分子间氢键对纤维素链形态和反应性能有很大的影响，尤其是C3-羟基与邻近分子环上的氧所形成的分子间氢键。由于纤维素是一种纤维状多毛细管的立体规整性高分子聚合物，具有多孔和比表面积大的特性，且分子内含有许多亲水性羟基，因此对有机小分子及重金属离子具有一定的吸附性能。但直接利用天然纤维素作为吸附剂时，其吸附容量小、选择性低，这是因为其高分子结构上存在大量的羟基，使其在分子链间和分子链内广泛形成了氢键，这种羟基覆盖的结构影响了其反应活性。因此，为了使纤维素达到所预期的吸附性能，必须对天然纤维素进行结构改性。2纤维素的改性纤维素改性可分为物理改性和化学改性，但以化学改性为主。纤维素的化学改性主要依靠与纤维素羟基有关的化学反应来完成。由于纤维素链的每个葡萄糖单元中含有3个羟基，因此纤维素可以进行一系列涉及羟基的反应，主要包括氧化反应、醚化反应、酯化反应、接枝共聚反应等。通过对分子中羟基的改性可在其分子中引入具有特定吸附性能的官能团，从而提高其对金属离子及有机小分子化合物的吸附能力。2.1氧化反应纤维素的氧化是将新的官能团—醛基、酮基、羧纤维