海南椰壳半纤维素的提取及其残渣制备吸油除污功能漂浮活性炭的研究

本项目利用海南独有而丰富的生物废弃物-椰壳资源，采用碱性条件下超声/微波辅助羟基游离基(HOo)和过氧游离基(O2-o)溶解提取半纤维素，并利用椰壳残渣制备轻质漂浮活性炭。课题首先对椰壳的成分及结构进行研究，阐述椰壳中木质素、纤维素和半纤维素之间的化学键结合机制以及生物质组分相互结合的空间构型，为其它椰壳研究提供科学依据；其次是研究椰壳中半纤维素在不同介质中溶胀分离工艺、机理和动力学特征，并对提取的半纤维素组成和结构进行解析；然后通过炭化和复合活化法制备轻质活性炭，并探讨孔结构调节的方法和造孔机理；再对其表面进行有机接枝改性，进一步探讨制备疏水轻质漂浮活性炭的新方法，并开展吸附除污功能研究。项目开展将为污染水体表面油污的吸附提供科学的理论依据和安全有效地吸附处理方法，将具有广阔的应用前景。对所有生物质半纤维素提取和多孔材料制备都有指导意义。课题关于制备疏水漂浮活性炭的研究在国内外尚属空白。

环境污染和能源欠缺是人们面临的两大主要问题，废弃生物质资源化利用有助于我们缓解上述问题。本项目中我们首先以椰壳为原料，采用了以KOH作为碱的碱性过氧化氢法对抽提椰壳半纤维素进行了正交实验，并通过单因素实验进一步进行优化，所得最佳的抽提工艺参数为：pH为12.5、0.05%的MgSO4、8%的H2O2于80℃下浸提4h，半纤维素的实际得率为28%~30%。接着我们以椰壳渣为原料，通过碱活化法制得椰壳渣活性炭，再以氨水和氢氧化钾对椰壳活性炭进行表面官能团改性，引入碱性基团，以减少表面内酯基及羧基官能团的含量，得到具有较强离子交换性能的碱性表面官能团，并研究了改性前后油吸附性能的变化，红外光谱分析表明，表面碱性基团对油吸附起到重要作用。针对活性炭粉末和活性炭块体在吸油除污过程中，易沉积到水中，不利于吸附漂浮在水面上的油膜，同时难以回收再利用的问题。首先对椰壳活性炭改性，以提高其吸油性能。再通过聚乙烯醇与甲醛聚合反应，并经发泡致孔，制备出可循环使用、具有三维网络孔结构的活性炭/有机复合材料。相对于粉末活性炭和块体活性炭，所制柔性复合材料密度小(0.1977g /cm3 )，在使用过程中可以完全漂浮在水面上，有利于吸附漂浮的油膜，方便回收再利用。所制的多孔复合材料呈海绵状，具有丰富发达的多级孔结构，在最佳工艺条件下油吸附量达到活性炭的1.5 倍左右。生物质资源材料椰壳作为一种可持续清洁能源能研究开发有助于逐渐缓解日益严重的能源和环境危机。