王慧敏,馬艷方桂珍,李淑君

(東北林業(yè)大學 材料科學與工程學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

·研究報告——生物質(zhì)材料·

堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料的性能表征

(東北林業(yè)大學 材料科學與工程學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

在堿木質(zhì)素與丙烯腈單體接枝共聚過程中分別添加無機模板劑硝酸銨、硝酸鐵和氯化鈉制備堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈(AL-g-PAN)多孔材料。利用SEM、XRD對AL-g-PAN的結(jié)構(gòu)進行表征；以FT-IR對材料的官能團進行分析；以TG-DTG、DSC對AL-g-PAN的熱性能進行測定。以硝酸鉛為目標污染物，考察了多孔AL-g-PAN對Pb2+的吸附性能。結(jié)果表明：在25 ℃、Pb2+初始濃度為308.5 mg/L、pH值為5的條件下，以硝酸鐵為模板劑制備的多孔AL-g-PAN對Pb2+平衡吸附量為145.83 mg/g，Pb2+去除率為94.5%；該多孔材料成孔均勻、平均孔徑在0.913 nm、孔徑主要分布在2 nm以下的微孔區(qū)域；相同條件下，無模板劑的堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈對Pb2+平衡吸附量僅為28.06 mg/g，其去除率為18.2%。多孔AL-g-PAN的熱穩(wěn)定性較堿木質(zhì)素明顯增強。

堿木質(zhì)素；丙烯腈；多孔材料；吸附

木質(zhì)素是能從自然界可再生資源中獲得的高聚合度的芳香族有機原料，具有無毒、價廉、可被微生物分解的特性[1-2]。木質(zhì)素是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過C—C和C—O—C連接的天然高分子，是僅次于纖維素的第二大可再生資源[3]。全世界每年約產(chǎn)1.5億噸工業(yè)木質(zhì)素[4]，其中絕大部分作為熱源利用，只有1%～2%(主要是木質(zhì)素磺酸鹽)作為有機化學資源被再利用，另外還有一部分被排放成為環(huán)境污染物[5-7]。中國的工業(yè)木質(zhì)素——堿木質(zhì)素，主要從造紙黑液中回收制備[3,8]，是一種來源豐富的可再生資源[9]。 堿木質(zhì)素甲氧基含量高、羥基含量少是導致其難以利用的原因[1,10]。我國每年約6%的工業(yè)木質(zhì)素(主要是木質(zhì)素磺酸鹽)得到了高值利用[11]。超過90%的工業(yè)木質(zhì)素作為廢棄物處理，濃縮后燒掉或直接排入江河[7]，不僅污染水源，同時衍生了空氣污染問題。本研究參考木質(zhì)素接枝丙烯腈的制備條件[12]，以工業(yè)堿木質(zhì)素為原料，采用無機模板法對共聚物造孔，制備了堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料。目的是增加材料的比表面積，同時堿木質(zhì)素中丙烯腈官能團的引入也可提高堿木質(zhì)素對重金屬Pb2+的吸附性能。有望提供一種低成本、可降解的極性吸附材料，為促進堿木質(zhì)素工業(yè)廢棄物的綜合利用提供參考。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

原料：工業(yè)級堿木質(zhì)素來源于山東泉林紙業(yè)有限公司，堿木質(zhì)素為黑褐色固體粉末。使用前經(jīng)過堿溶、酸沉、洗滌、過濾、除糖[13]的前期預處理，經(jīng)真空干燥精制得到堿木質(zhì)素(AL)。堿木質(zhì)素的各種成分如下： 木質(zhì)素92.89%，糖類2.45%，灰分5.31%，羥基2.95 mmol/g；重均分子質(zhì)量為2 957，數(shù)均分子質(zhì)量為1 743，分散系數(shù)為1.70。活化處理后堿木質(zhì)素：羥基含量增加為4.62 mmol/g；重均分子質(zhì)量為2 852，數(shù)均分子質(zhì)量為1 564，分散系數(shù)為1.82。模板劑：硝酸銨(NH4NO3,AR,80.04 g/mol)、硝酸鐵[Fe(NO3)3·9H2O,AR,404 g/mol]和氯化鈉(NaCl,AR,58.44 g/mol)。試劑：其他試劑均為分析純，水為去離子水。

儀器：美國麥克公司ASAP2020自動吸附儀；美國FEI公司Quanta 200 掃描電子顯微鏡；日本理學D/Max-2200vpc型X射線衍射儀；美國NICOLET公司的MAGNA-FTIR 550 紅外光譜儀；德國NETZSCH公司209F3型熱重分析儀；德國NETZSCH公司DSC-204型差式掃描量熱儀。

1.2 堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料的制備

稱2.5 g堿木質(zhì)素(AL)，用10% NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為10，溶于50 mL去離子水，在氮氣保護下于80 ℃活化30 min；冷卻至室溫，加入1% 硫酸亞鐵、過氧化氫[14-15]攪拌10 min，加入 1% 硝酸鈰銨和 83% 丙烯腈單體，加入適量無機模板劑使其在體系中以1 mol/L的濃度分散，并在40 ℃接枝反應5 h[12]；用10%HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至5，靜置、過濾、熱水洗滌除模板劑，以1%硝酸銀溶液檢測濾液中無Cl-；再以N,N-二甲基甲酰胺洗滌去除聚丙烯腈自聚物，干燥后制得堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈(AL-g-PAN)多孔材料。以硝酸鐵為模板劑制備的多孔AL-g-PAN為例：最佳制備條件下其產(chǎn)物的得率為92.05%；丙烯腈的接枝率為82.13%；多孔堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈的重均分子質(zhì)量為3 184，數(shù)均分子質(zhì)量為1 974，分散系數(shù)為1.61；Fe(NO3)3·9H2O的添加量為8.08 g。

1.3 結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 孔結(jié)構(gòu)表征 微觀形貌采用SEM進行表征，樣品冰凍干燥，表面噴金備用。堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料的孔結(jié)構(gòu)表征采用BET方法根據(jù)氮氣吸附等溫線進行計算，孔徑分布和平均孔徑大小根據(jù)BJH理論進行計算。

1.3.2 XRD和紅外光譜 材料X射線衍射在室溫條件下測定，掃描范圍為10～80°，掃描速度為4 °/min,管電壓32 kV，電流是30 mA。采用溴化鉀壓片法測定聚合物官能團[15]，試樣添加比例1 ∶100，測試范圍400～4000 cm-1。

1.3.3 TG-DTG測定 樣品的TG-DTG曲線在空氣氣氛中，升溫速率10 ℃/min，升溫范圍50～750 ℃。

1.3.4 DSC測定 樣品的DSC曲線在氮氣氣氛 1 mL/min條件下記錄，升溫速率為10 ℃/min，升溫范圍為50～550 ℃。

1.4 吸附性能測定

取0.1 g待測樣在以去離子水配制質(zhì)量濃度為308.5 mg/L的50 mL Pb2+溶液中25 ℃靜置吸附，間隔固定時間采用原子吸收分光光度計測定溶液中Pb2+的濃度。多孔AL-g-PAN的吸附量可按下式計算：

Qt=(C0-Ct)×V/m

式中：Qt—t時刻Pb2+的吸附量，mg/g；C0— Pb2+的初始質(zhì)量濃度，mg/L；Ct—t時刻Pb2+的質(zhì)量濃度，mg/L；V— Pb2+溶液的體積，L;m—試樣的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 多孔AL-g-PAN微觀形貌及無機模板劑種類的選擇

對比AL-g-PAN多孔材料SEM照片(見圖1),發(fā)現(xiàn)硝酸鐵模板劑制備的多孔AL-g-PAN成孔均勻，而氯化鈉模板劑制備的材料雖然平均孔徑在10～20 nm之間，但在圖1(d)中該材料成孔不均勻，存在封閉表面。圖1(b) 中以硝酸銨為模板劑制備的多孔AL-g-PAN的緊密度高于無模板劑的AL-g-PAN。無模板劑的AL-g-PAN接枝聚合物沒有明顯相界面。表明PAN在堿木質(zhì)素表面接枝均勻。結(jié)合圖1和表1可知，以硝酸鐵為模板劑的多孔材料成孔均勻、孔徑適中。

圖1 多孔AL-g-PAN的SEM照片

模板劑template多孔AL-g-PAN平均孔徑/nmaverageporediameterofAL-g-PAN無模板劑non-template0.302硝酸銨NH4NO30.277硝酸鐵Fe(NO3)3·9H2O0.913氯化鈉NaCl13.000

硝酸銨、硝酸鐵和氯化鈉3種無機模板劑均可制備多孔AL-g-PAN。其中以氯化鈉模板造孔孔徑主要分布在10～20 nm之間，可吸附少量的金屬離子。硝酸銨和硝酸鐵為模板的多孔AL-g-PAN內(nèi)部存在空隙，而且主要分布在2 nm以下，以硝酸銨為模板劑制備的多孔AL-g-PAN的平均孔徑為0.277 nm，這是由于硝酸銨在水中溶解度較大，導致孔壁較薄，在抽濾過程中坍塌聯(lián)通導致的。以硝酸鐵為模板劑制備多孔AL-g-PAN的平均孔徑為0.913 nm，有利于提高多孔AL-g-PAN的平衡吸附量。

2.2 多孔AL-g-PAN的XRD和FT-IR分析

為驗證無機模板造孔劑對多孔AL-g-PAN的共聚反應的影響，對以堿木質(zhì)素和硝酸鐵為模板劑制備的多孔AL-g-PAN進行XRD衍射(圖2)和紅外光譜(圖3)分析。研究結(jié)果表明：如圖2所示,多孔AL-g-PAN的峰值為20.9°，堿木質(zhì)素的峰值23.04°，表明丙烯腈在堿木質(zhì)素表面發(fā)生了接枝聚合[16],多孔AL-g-PAN的衍射峰向低角度轉(zhuǎn)移，木質(zhì)素分子間距離增加。但堿木質(zhì)素和多孔AL-g-PAN的XRD衍射峰均出現(xiàn)在20°附近且為寬峰，說明二者均為非晶材料，多孔AL-g-PAN，仍保持了堿木質(zhì)素分子無序的特性，所以該材料顆粒間的空隙仍較大。

2.3 多孔AL-g-PAN的熱降解性能

堿木質(zhì)素和多孔AL-g-PAN的TG和DTG的熱重分析曲線見圖4。多孔AL-g-PAN的熱降解的起始溫度是144.5 ℃，降解過程的終止溫度是637 ℃，多孔AL-g-PAN熱降解速率最快的溫度為357 ℃。熱降解結(jié)束后，多孔AL-g-PAN失重僅為39.41%。

圖4 堿木質(zhì)素(a)和AL-g-PAN(b)的TG/DTG的熱重分析曲線

圖5 堿木質(zhì)素(a)和AL-g-PAN(b)的DSC曲線

結(jié)合圖4(a)和圖5，堿木質(zhì)素在50～175.6 ℃之間堿木質(zhì)素發(fā)生了44.04%的質(zhì)量損失，但此時DSC曲線無明顯的熔融和分解峰，推測失重是由堿木質(zhì)素中自由水的揮發(fā)和苯環(huán)上長碳鏈斷裂引起的[18-19]；堿木質(zhì)素在175.6～575.6 ℃之間發(fā)生了27.79%的質(zhì)量損失，失重是堿木質(zhì)素的進一步分解導致。熱降解結(jié)束后，堿木質(zhì)素失重為71.83%。堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈結(jié)構(gòu)后,多孔AL-g-PAN的熱失重穩(wěn)定性較堿木質(zhì)素有大幅提高[20]。

由圖5可知，當溫度超過250 ℃后，堿木質(zhì)素與多孔AL-g-PAN吸熱速率的差值不斷增大。該現(xiàn)象是由堿木質(zhì)素與丙烯腈進行接枝反應引起的。由于丙烯腈含有C≡N鍵，N的孤對電子與堿木質(zhì)素基體中游離的醇羥基和酚羥基形成氫鍵，使得堿木質(zhì)素接枝丙烯腈單體后，微觀結(jié)構(gòu)有序化程度加強。對照圖5曲線a堿木質(zhì)素雖然在175.6～395.6 ℃失重17.62%，但其熱量變化較小，因此多孔AL-g-PAN在200 ℃的后吸熱能力的增強來源于丙烯酸單體在與堿木質(zhì)素接枝后形成的微觀有序結(jié)構(gòu)的貢獻。

2.4 多孔AL-g-PAN吸附性能測定

圖6 模板劑對多孔AL-g-PAN對Pb2+吸附量影響

由圖6可知，在25 ℃、Pb2+初始濃度為308.5 mg/L、pH值為5的條件下，不同模板劑制備AL-g-PAN材料對Pb2+吸附動力學曲線類型有差異。除了平均孔徑較小的硝酸銨為模板劑的AL-g-PAN材料對Pb2+的平衡吸附量僅為9.33 mg/g，Pb2+去除率為6.05%外，圖中其他模板劑制備AL-g-PAN材料對Pb2+吸附動力學曲線均為動力學相對較快的過程，180 min內(nèi)，吸附量隨著時間的增加而迅速增加；此后，吸附速率增加的趨勢有所減緩，在400 min基本達到吸附平衡。以硝酸鐵為模板劑的多孔AL-g-PAN具有較高的Pb2+平衡吸附量145.83 mg/g，Pb2+去除率為94.5%。無模板劑的堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈的Pb2+平衡吸附量僅為28.06 mg/g，其Pb2+去除率為18.2%。這主要是因為多孔材料吸附性能與其比表面積和孔結(jié)構(gòu)關系密切。大孔一般用作吸附的通道，而中孔和微孔的數(shù)量直接影響材料的吸附性能，而巨大的比表面積為這種吸附提供了活性吸附位。此外，AL-g-PAN中C≡N基團也可以提供部分與Pb2+配位的孤對電子。以硝酸銨模板劑制備的AL-g-PAN多孔材料，平均孔徑為0.277 nm,Pb2+難以進入內(nèi)部微孔吸附，而未添加模板劑的AL-g-PAN材料其平均孔徑為0.302 nm，因此平衡吸附量也高。而氯化鈉模板劑制備的材料雖然平均孔徑在10～20 nm之間，但該材料成孔不均勻，存在封閉表面，這是導致其對Pb2+平衡吸附量小于硝酸鐵多孔AL-g-PAN的主要原因。綜上所述，硝酸鐵為模板劑的多孔AL-g-PAN對Pb2+平衡吸附量為145.83 mg/g，該材料成孔均勻、平均孔徑在0.913 nm，孔徑在2 nm以下主要分布在微孔區(qū)域，是導致其對Pb2+飽和吸附性能好的關鍵因素。

表2整理了近10年來在水處理技術研究領域常見的Pb2+吸附材料的吸附性能數(shù)據(jù)。表2中淀粉接枝丙烯酸/蒙脫土在pH值為5.74對Pb2+平衡吸附量的數(shù)據(jù)是4 631.53 mg/g，遠遠大于堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料對Pb2+平衡吸附量，但是淀粉與丙烯酸蒙脫土的添加比例為2 ∶5，而且需要額外添加蒙脫土，蒙脫土還需要在制備過程中完成層剝離的過程，成本相對較高；此外，淀粉接枝丙烯酸/蒙脫土在處理含Pb2+廢水時容易發(fā)生表面鉛屏蔽的情況，即聚丙烯酸表面吸附金屬離子后，體積急劇收縮，導致材料內(nèi)部不能發(fā)生有效吸附的情況。堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料雖然對Pb2+平衡吸附量只有145.83 mg/g，但測試pH值為5，材料成本低、制備方法簡單；在處理含Pb2+廢水過程中沒有體積劇烈膨脹和大量吸水的現(xiàn)象，便于回收利用。堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料比活性炭纖維、粉煤灰/膨潤土(質(zhì)量比1 ∶1)、酸改性竹木質(zhì)纖維素、稻米殼、殼聚糖和高嶺石(0.25 mm)等常見Pb2+吸附材料的平衡吸附量大，但堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料對Pb2+的去除率卻低于殼聚糖和粉煤灰/膨潤土復合材料。

通常在Pb2+吸附試驗中，體系的pH值>6.5時，Pb2+將生成氫氧化鉛發(fā)生沉淀導致吸附數(shù)據(jù)失真。表2粉煤灰、膨潤土和黏土對Pb2+平衡吸附量數(shù)據(jù)分別是在pH值為11.6、 7和9.3的條件下測定的，與pH值為5的條件下測定的粉煤灰/膨潤土的吸附數(shù)據(jù)相差較大，導致該現(xiàn)象的主要原因是測試體系pH值的不同。此外，黃原膠對Pb2+平衡吸附量的數(shù)據(jù)是在pH值為7的條件下測定，也存在失真的可能。而高嶺石對Pb2+平衡吸附量的數(shù)據(jù)是在pH值為3.5的條件下測定的，在偏酸性的條件下，Pb2+的平衡吸附量的數(shù)據(jù)會偏低，這是高嶺石對Pb2+的平衡吸附量數(shù)據(jù)僅為4.20 mg/g的原因之一。根據(jù)上述分析可知，堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈多孔材料具有成為一種低成本、可降解的Pb2+吸附材料的可能。

表2常見材料對Pb2+吸附性能一覽表

3 結(jié) 論

3.1 以硝酸鐵為模板劑制備的多孔AL-g-PAN材料成孔均勻、平均孔徑在0.913 nm，孔徑主要分布在2 nm以下的微孔區(qū)域。

3.2 多孔AL-g-PAN游離羥基的紅外特征峰吸收強度較堿木質(zhì)素下降，證實堿木質(zhì)素與丙烯腈是通過酚羥基進行了接枝共聚反應。多孔AL-g-PAN和堿木質(zhì)素均為非晶材料。多孔AL-g-PAN的熱降解的起始溫度是144.5 ℃，降解過程的終止溫度是637 ℃。相同條件下，堿木質(zhì)素失重為71.83%，多孔AL-g-PAN失重僅為39.41%。堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈聚合物的熱穩(wěn)定性和有序性較堿木質(zhì)素明顯增強。

3.3 在溫度為25 ℃、Pb2+初始濃度為308.5 mg/L、 pH值為5的條件下，以硝酸鐵為模板劑制備的多孔AL-g-PAN對Pb2+平衡吸附量為145.83 mg/g，Pb2+去除率為94.5%；相同條件下，無模板劑的堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈對Pb2+平衡吸附量僅為28.06 mg/g。多孔AL-g-PAN對Pb2+平衡吸附量高于無模板劑的堿木質(zhì)素接枝聚丙烯腈和常見吸附材料。

[1]GRABBER J H,MERTENS D R,KIM H,et al.Cell wall fermentation kinetics are impacted more by lignin content and ferulate cross-linking than by lignin composition[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2009,89(1):122-129.

[2]KIM J Y,SHIN E J,EOM I Y,et al.Structural features of lignin macromolecules extracted with ionic liquid from poplar wood[J].Bioresource Technology,2011,102(19):9020-9025.

[3]MANCERA C,FERRANDO F,SALVADJ,et al.Kraft lignin behavior during reaction in an alkaline medium[J].Biomass and Bioenergy,2011,35(5):2072-2079.

[4]李忠正.可再生生物質(zhì)資源——木質(zhì)素的研究[J].南京林業(yè)大學學報:自然科學版,2012,36(1)：1-7.

[5]CINELLI P,ANGUILLESI I,LAZZERI A.Green synthesis of flexible polyurethane foams from liquefied lignin[J].European Polymer Journal,2013,49(6):1174-1184.

[6]寧志強,曹龍海,孔憲志.木質(zhì)素對苯乙烯/丁二烯/苯乙烯/乙烯基吡啶嵌段聚合物的填充改性[J].林產(chǎn)化學與工業(yè),2014,3：51-54.

[7]LUO X,MOHANTY A,MISRA M.Lignin as a reactive reinforcing filler for water-blown rigid biofoam composites from soy oil-based polyurethane[J].Industrial Crops and Products,2013,47:13-19.

[8]GHAFFAR S H,FAN M.Structural analysis for lignin characteristics in biomass straw[J].Biomass and Bioenergy,2013,57:264-279.

[9]STEWART D.Lignin as a base material for materials applications:Chemistry,application and economics[J].Industrial Crops And Products,2008,27(2):202-207.

[10]ZHONG K,LIN Z,ZHENG X,et al.Starch derivative-based superabsorbent with integration of water-retaining and controlled-release fertilizers[J].Carbohydrate Polymers,2013,92(2):1367-1376.

[11]王鶴義,陳懋琪.木質(zhì)素-丙烯腈接枝共聚物及其水解產(chǎn)物吸水性能的研究[J].中國石油大學學報：自然科學版,1988,12(1):132-136.

[12]MARADUR S P,KIM C H,KIM S Y,et al.Preparation of carbon fibers from a lignin copolymer with polyacrylonitrile[J].Synthetic Metals,2012,162(5/6):453-459.

[13]朱曉雪.玉米稈爆破酶解殘渣木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特性[D].南京：南京林業(yè)大學碩士學位論文,2009.

[14]馬艷麗,王儒儒,方桂珍,等.堿木質(zhì)素接枝聚丙烯酸基鐵肥的制備及其吸附性能[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2012,28(18)： 208-214.

[15]BARBAT A，GLOAGUEN V,SOL V,et al.Aqueous extraction of glucuronoxylans from chestnut wood:new strategy for lignin oxidation using phthalocyanine or porphyrin/H2O2system [J].Bioresource Technology,2010,101 (16):6538-6544.

[16]YADAV M,SINGH S K,RHEE K Y.Synthesis of partially hydrolyzed graft copolymer (H-Ipomoea hederacea seed gum-g-polyacrylonitrile)[J].Carbohydrate Polymers,2013,95(1)：471-478.

[17]SENTHILKUMAR S,RAJESH S,JAYALAKSHMI A,et al. Biocompatibility and separation performance of carboxylated poly (ether-imide) incorporated polyacrylonitrile membranes[J].Separation and Purification Technology,2013,107(0):297-309.

[18]李三平,王述洋,孫雪,等.國內(nèi)外生物質(zhì)熱解動力學模型的研究現(xiàn)狀[J].生物質(zhì)化學工程,2013,47(4)：29-36.

[19]胡億明,蔣劍春,孫云娟,等.生物質(zhì)及生物質(zhì)組分的慢速熱解熱效應研究[J].生物質(zhì)化學工程,2013,47(5)：23-29.

[20]聶紅云,康玉茹,羅海棠,等.淀粉基復合材料的制備及其對鉛離子吸附性能的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009,37(13)： 5835-5837.

[21]席永慧.鉛離子吸附材料試驗研究[J].同濟大學學報:自然科學版,2006,34(9)：1226-1230.

[22]肖樂勤,陳春,周偉良,等.活性炭纖維的氧化改性及其對鉛離子吸附研究[J].水處理技術,2011,37(3)：37-40.

[23]劉鯡,羊依金,陳紅燕,等.粉煤灰-膨潤土顆粒吸附材料的制備及其處理含鉛離子廢水的研究[J].資源開發(fā)與市場,2009,25(9)：772-775.

[24]楊樂萍,歐陽小琨,楊立業(yè),等.竹木質(zhì)纖維素吸附水溶液中鉛離子的研究[J].浙江海洋學院學報：自然科學版,2014,34(1)：97-100.

[25]李一鳴,宋營營,潘永萍,等.黃原膠對水中鉛離子吸附性能研究[J].環(huán)境科學與技術,2011,34(6):1-4.

[26]王清萍,蔡曉奕,金曉英,等.用稻米殼吸附去除廢水中的銅離子和鉛離子[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟,2009(9)：39-43.

[27]周以力,吳建一.殼聚糖對鉛離子吸附的研究[J].嘉興學院學報,2003,15(6)：22-23.

[28]何翊,牛盾,門閱.高嶺石對鉛離子吸附性能的特征研究[J].金屬礦山,2005,(10):60-64.

Properties and Characterization of Alkali Lignin/Poly-acrylonitrile Graft Porous Materials

WANG Hui-min,MA Yan-li,FANG Gui-zhen,LI Shu-jun

(College of Material Science and Engineering,Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

The porous materials of alkali lignin graft poly-acrylonitrile (AL-g-PAN) were prepared by employing ammonium nitrate,ferric nitrate,and sodium chloride as templates.The pore structures of AL-g-PAN porous materials were studied with scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).Functional groups of AL-g-PAN were analysed by infrared spectrometry (IR).Thermal properties were determined by TG-DTG and DSC.With lead nitrate as target pollutant,the adsorption properties of porous AL-g-PAN materials for Pb2+were investigated.Results showed that the pore structure of AL-g-PAN porous materials with ferric nitrate as template had significant adsorption performance and homogeneous pore structure with average pore size of 0.913 nm which was mainly distributed near under the size of 2 nm.Its equilibrium adsorption capacity was 145.83 mg/g and the removal rate of Pb2+was 94.5% under the conditions of 25 ℃,a pH value of 5,and initial Pb2+concentration of 308.5 mg/L.The equilibrium adsorption capacity of AL-g-PAN materials with non-template was 28.06 mg/g and its removal rate was 18.2% as the control sample.Thermal properties of AL-g-PAN porous materials were obviously enhanced compared with those of alkali lignin.Porous AL-g-PAN had possibility to be a Pb2+adsorption material with low cost and biodegradable.

alkali lignin；acrylonitrile；porous material;adsorption

10.3969/j.issn.1673-5854.2015.01.003

2014- 09- 05

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項(DL13CB09)； 國家行業(yè)公益性科技專項資助(20120480306) 作者簡介：王慧敏(1992—),女,黑龍江哈爾濱人，本科，從事林木生物質(zhì)利用和生物質(zhì)復合材料的研究工作

TQ35;O636.2

A

1673-5854(2015)01- 0013- 07

*通訊作者：馬艷麗，女，講師，博士，研究領域：木材化學、生物質(zhì)復合材料研究；E-mail:myl219@126.com。