纖維素的改性及在廢水處理中的應用研究進展
摘要：在對纖維素的結構和基本性質進行簡單介紹的基礎上，總結了纖維素的改性方法，包括纖維素的氧化反應、醚化反應、酯化反應、接技共聚反應、陰陽離子交換纖維素的改性。進一步綜述了改性纖維素在重金屬離子廢水、染料廢水、有機廢水、造紙廢水及農業廢水等廢水處理過程中的應用研究進展。
關鍵詞：纖維素；纖維素改性；廢水處理
纖維素是地球上最古老、最豐富的天然高分子，是取之不盡用之不竭的人類最寶貴的天然可再生資源。全世界每年用于紡織造紙的纖維素達800 多萬噸。纖維素具有可再生性、可生物降解性、生物相容性好、無毒等優點[1]。用分離純化的纖維素制造的人造絲及硝酸酯、醋酸酯等酯類衍生物，可用于石油鉆井[2]、食品[3]、陶瓷油料、日化、石墨制品、電子、造紙[4]、涂料[5]、蚊香、煙草、橡膠[6]、農業、膠粘劑、塑料、炸藥等行業，改性纖維素還可用于環保等方面。
1 纖維素的結構
纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機溶劑。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40%～50%，還有10%～30%的半纖維素和20%～30%的木質素。纖維素是由D- 吡喃葡萄糖環經β-1,4 糖苷鍵組成的直鏈多糖，簡單分子式為(C6H10O5)n，因連接在環上碳原子兩端的OH 和H 位置不同，纖維素具有不同的性質。在天然纖維素中，聚合度n 可達10 000 左右；纖維素分子鏈上大量存在的反應性強的羥基，十分有利于形成分子內和分子間氫鍵，其分子內氫鍵和分子間氫鍵對纖維素鏈形態和反應性能有很大的影響，尤其是C3- 羥基與鄰近分子環上的氧所形成的分子間氫鍵。
由于纖維素是一種纖維狀多毛細管的立體規整性高分子聚合物，具有多孔和比表面積大的特性，且分子內含有許多親水性羥基，因此對有機小分子及重金屬離子具有一定的吸附性能。但直接利用天然纖維素作為吸附劑時，其吸附容量小、選擇性低，這是因為其高分子結構上存在大量的羥基，使其在分子鏈間和分子鏈內廣泛形成了氫鍵，這種羥基覆蓋的結構影響了其反應活性。因此，為了使纖維素達到所預期的吸附性能，必須對天然纖維素進行結構改性。
2 纖維素的改性
纖維素改性可分為物理改性和化學改性，但以化學改性為主。纖維素的化學改性主要依靠與纖維素羥基有關的化學反應來完成。由于纖維素鏈的每個葡萄糖單元中含有3 個羥基，因此纖維素可以進行一系列涉及羥基的反應，主要包括氧化反應、醚化反應、酯化反應、接枝共聚反應等。通過對分子中羥基的改性可在其分子中引入具有特定吸附性能的官能團，從而提高其對金屬離子及有機小分子化合物的吸附能力。
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