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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 改性菠蘿皮渣纖維素吸附劑的研究與制備
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品利用廢棄的菠蘿皮渣為原料，“變廢為寶”，提取其中纖維素，并對(duì)其活化后進(jìn)行不同的改性處理制備了對(duì)銅、鎘、鉛等重金屬離子和顏色染料等有吸附作用的系列吸附劑，本產(chǎn)品具有原料來(lái)源廣泛、成本低廉，易于生產(chǎn)加工，所需設(shè)備成本較少；在應(yīng)用方面具有使用方便，吸附效率高，可再生使用，而且應(yīng)用范圍廣。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品利用廢棄的菠蘿皮渣為原料，“變廢為寶”，提取其中纖維素，并對(duì)其活化后進(jìn)行不同的改性處理制備了對(duì)銅、鎘、鉛等重金屬離子和顏色染料等有吸附作用的系列吸附劑，并在模擬污水系統(tǒng)中進(jìn)行了吸附試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，本作品研發(fā)的吸附劑與同類(lèi)產(chǎn)品相比具有吸附容量大，吸附時(shí)間短，吸附條件溫和，可再生等優(yōu)勢(shì)，并申請(qǐng)了申報(bào)號(hào)為200910193604.1專(zhuān)利，因此，本作品具有生產(chǎn)可行性和一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 本作品研發(fā)的改性菠蘿皮渣纖維素吸附劑在生產(chǎn)制備方面具有原料來(lái)源廣泛、成本低廉，易于生產(chǎn)加工，所需設(shè)備成本較少；在應(yīng)用方面具有使用方便，吸附效率高，可再生使用，而且應(yīng)用范圍廣，適用于生活污水或電鍍、線(xiàn)路板生產(chǎn)、濕法冶金、電子工業(yè)、儀表、石油化工、金屬加工、礦山、垃圾處理、無(wú)機(jī)鹽生產(chǎn)、紡織、印染、造紙等行業(yè)的工業(yè)污水處理，尤其是用于含有重金屬離子和染料的廢水凈化處理；而且具有后續(xù)可開(kāi)發(fā)高附加值產(chǎn)品的潛力。 目前，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重的矛盾背景下，本作品利用本已“廢棄”的菠蘿皮渣為原料，研究制備了用于解決環(huán)境污染問(wèn)題的吸附劑，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，滿(mǎn)足了市場(chǎng)的需求，具有很大的市場(chǎng)推廣前景。
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的:在菠蘿加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的皮渣，占全果重的50%－60%，皮渣中的纖維素含量占干重的20%－25％，目前對(duì)于菠蘿皮渣中纖維素高值化利用的研究很少；本研究課題以菠蘿皮渣中的纖維素為原料，對(duì)其進(jìn)行接枝改性后可應(yīng)用在廢水處理和環(huán)境保護(hù)中。 基本思路：1）纖維素的提?。翰捎酶倪M(jìn)的Van soest法，可準(zhǔn)確地分離并測(cè)出纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量；2）活化改性：纖維素分子結(jié)構(gòu)中有活性較強(qiáng)的羥基，可以發(fā)生一系列的醚化、酯化等和羥基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，而通接上這些官能團(tuán)能對(duì)重金屬和染料有吸附能力；3）對(duì)改性菠蘿皮渣纖維素的吸附動(dòng)力學(xué)、等溫吸附曲線(xiàn)等研究其對(duì)重金屬和染料的吸附機(jī)理、吸附能力和其再生性能研究。 創(chuàng)新點(diǎn)：1）廢物利用：2007年全國(guó)菠蘿種植總面積和總產(chǎn)量分別達(dá)到6.7萬(wàn)hm2和144萬(wàn)t，按菠蘿皮渣占全國(guó)重50%計(jì)算，廢棄的皮渣總量達(dá)72萬(wàn)t，可制成改性菠蘿纖維素吸附劑12.96萬(wàn)t；2）菠蘿皮渣纖維素的改性：以琥珀酸酐為改性劑進(jìn)行改性，可吸附水中重金屬離子，而且可重復(fù)利用；還研究了經(jīng)環(huán)氧化、胺化反應(yīng)處理的菠蘿皮渣能對(duì)染料污水有吸附作用。 技術(shù)關(guān)鍵： 菠蘿皮渣纖維素的活化改性為技術(shù)關(guān)鍵，直接影響改性后皮渣纖維素的吸附性能。 主要技術(shù)指標(biāo)：對(duì)銅離子的吸附容量為73.63mg/g，對(duì)鎘離子的吸附容量為115.78mg/g，對(duì)鉛離子的吸附容量為244.55mg/g,對(duì)紅、黃、藍(lán)等顏色染料的吸附容量分別能達(dá)到97.2mg/g，81.7mg/g和89.2mg/g。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：1）原料來(lái)源廣泛、成本低廉：我國(guó)菠蘿產(chǎn)量144萬(wàn)噸，是世界第四大菠蘿主產(chǎn)國(guó)。本作品以菠蘿皮渣為主要原料，生產(chǎn)新型菠蘿纖維吸附劑，原材料易得，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了菠蘿皮渣的高附加值利用；2）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可行性高：本作品采用的改性工藝簡(jiǎn)便易行，易于操作，吸附條件溫和，吸附效率高，適宜于大規(guī)模投產(chǎn)；3）可開(kāi)發(fā)系列高附加值衍生產(chǎn)品：本作品得到的產(chǎn)品，進(jìn)行再加工后，可用于生產(chǎn)防毒面具、過(guò)濾劑等多功能、多領(lǐng)域的高附加值衍生產(chǎn)品。 先進(jìn)性：1）使用方便，吸附容量大：作為農(nóng)副產(chǎn)品的菠蘿皮渣具有多孔性和良好的親水性,經(jīng)過(guò)改性處理制得的吸附劑，使用簡(jiǎn)便，無(wú)需借助大型儀器和設(shè)備，無(wú)需進(jìn)行二次處理，吸附容量大；2）無(wú)毒無(wú)污染、可降解：使用本方法生產(chǎn)的菠蘿皮渣吸附劑，具有良好的生物降解性，安全、無(wú)毒、綠色、環(huán)保，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，又能有效解決環(huán)境污染；3）能耗低，可再生：傳統(tǒng)的吸附材料設(shè)備成本、能耗較高，而本品無(wú)需借助大型儀器設(shè)備，可有效降低能耗。同時(shí)，菠蘿皮渣吸附劑可以經(jīng)過(guò)解吸實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股或合作開(kāi)發(fā)
作品可展示的形式
- ?實(shí)物、產(chǎn)品 ?圖片 ?錄像 ?樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：改性菠蘿皮渣纖維素吸附劑可用于重金屬和染料污水行業(yè)的污水處理，本產(chǎn)品為顆粒狀，使用只需加入按1g/1000mL加入到污水中，攪拌30min，過(guò)濾即為凈化水。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1）加入琥珀酸酐改性，接上羧基官能團(tuán)，具備對(duì)銅離子、鎘離子和鉛離子吸附能力；加入環(huán)氧氯丙烷和二甲胺改性，能吸附各種顏色染料；2）對(duì)銅離子、鎘離子和鉛離子的吸附容量為73.63mg/g、 115.78mg/g、244.55mg/g，對(duì)紅、黃、藍(lán)等顏色染料的吸附容量分別能達(dá)到97.2mg/g，81.7mg/g和89.2mg/g。 適用范圍：本吸附劑適用于生活污水、紡織、印染等含有重金屬離子和染料的廢水凈化處理。 推廣前景：本產(chǎn)品所采用的原料為廢棄的菠蘿皮渣，來(lái)源豐富低廉；生產(chǎn)工藝易于控制、操作簡(jiǎn)單、所需設(shè)備少，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，所制備吸附劑吸附能力高，投資風(fēng)險(xiǎn)低，前景廣闊。 市場(chǎng)分析：2008年我國(guó)污水的排放量達(dá)571.1億t，2007年，全國(guó)染料、有機(jī)顏料產(chǎn)量合計(jì)95.32萬(wàn)t。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 纖維素改性制備吸附劑 王瑀等采用蔗渣纖維素、丙烯酸（AA） 、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（MAETAC）為原料，通過(guò)接枝共聚反應(yīng)制備出一種新型纖維素吸附劑，該工藝條件下所得吸附劑對(duì)Cu2+ 的吸附量達(dá)25.1 mg/g。郝紅英等采用植物秸稈為原料，借助高壓蒸汽閃爆技術(shù)、稀堿蒸煮等方法得到具有一定α－纖維素含量的秸稈基纖維素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行堿化、醚化和胺基親核取代反應(yīng)，制備出對(duì)Cu2+ 和Cd2+ 等重金屬離子具有優(yōu)良吸附性能的乙二胺螯合植物秸稈纖維素，并對(duì)其吸附機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)果表明，用蒸汽閃爆物理方法可以純化天然植物秸稈纖維素，制備的吸附材料對(duì)金屬銅離子、鎘離子吸附規(guī)律基本符合Freundlish等溫吸附式。 張玉霞等通過(guò)對(duì)芝麻桿纖維素醚化后與季銨鹽反應(yīng)制備了改性纖維素，研究了改性纖維素對(duì)廢水中苯胺的吸附性能。苯胺的去除率可達(dá)93.2%。馬希晨等以纖維素和癸二酸為原料、甲苯為溶劑、對(duì)甲苯磺酸為催化劑，進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物再與正丁醇進(jìn)行二次酯化，最后得到纖維素改性高吸油樹(shù)脂――纖維素交聯(lián)癸二酸正丁酯的合成工藝。吳文娟等以漂白漿板纖維素為原料，接枝丙烯酸制備高吸水性樹(shù)脂。對(duì)單體用量、引發(fā)劑用量、中和度、反應(yīng)溫度等工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳合成條件，并用紅外譜圖表征了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，合成的高吸水性樹(shù)脂吸水率達(dá)550 g/g，且保水性能較好。獲得合成此高吸水性樹(shù)脂的最佳工藝條件。制備的高吸水性樹(shù)脂，具有較好的吸水速率和保水性能。吸水后的樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)干燥，仍具有吸水性，但隨著再生次數(shù)的增加吸水性能遞減。
