亞臨界水中廢舊滌棉織物的水解碳化機(jī)理研究.pdf

1、當(dāng)前，紡織品使用周期不斷縮短，人均纖維消耗量顯著增加，而紡織纖維原材料的供應(yīng)卻難以持續(xù)為繼。與此同時，每年數(shù)以千萬噸的廢舊紡織品被焚燒或掩埋，回收再利用率不足1％，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。廢舊紡織品中滌棉混紡織物的占有量在50%以上，因其物化性能迥異，回收再利用難度極大。因此，探索一種廢舊滌棉混紡織物回收再利用技術(shù)迫在眉睫。水熱法因其無污染、綠色環(huán)保和成本低等特點(diǎn)，日益受到科研工作者的關(guān)注。其中，亞臨界水具有充當(dāng)酸堿催化劑、分離溶劑和取

2、代有機(jī)溶劑等特殊的物化性質(zhì)，應(yīng)用空間廣泛，可使滌綸降解，棉纖維水解碳化，為廢舊紡織品的回收利用提供一種新途徑。
　　本文以廢舊棉織物、滌綸織物和滌棉混紡織物為研究對象，利用亞臨界水的特殊性質(zhì)，研究棉纖維、滌綸纖維的水熱行為，及其在同一反應(yīng)體系中的互為影響關(guān)系。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　首先，以廢舊棉纖維為原材料，在亞臨界水條件下制備碳材料，系統(tǒng)地探索了反應(yīng)體系的初始pH值、反應(yīng)溫度及其他反應(yīng)參數(shù)對棉纖維水熱碳化過程的影響

3、。結(jié)果表明棉纖維的水熱碳化過程是一個不斷降低氫（H）和氧（O）組分含量的過程。水熱溫度是決定棉纖維能否碳化的重要因素，升高溫度可促進(jìn)水熱產(chǎn)物的芳香化，有利于提高產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性；反應(yīng)體系的初始pH值是決定棉纖維能否碳化為球形碳材料的關(guān)鍵因素；棉纖維水熱轉(zhuǎn)化的活化能較低，延長反應(yīng)時間對提高產(chǎn)物產(chǎn)率的意義不大；以棉纖維碳微球?yàn)檩d體，硝酸銀為銀源，制備的載銀碳微球具有良好的緩釋性能和抗菌效果。
　　其次，為了研究生物質(zhì)纖維素的水熱碳化機(jī)理

4、，以纖維二糖為模型，采用密度泛函理論，研究纖維二糖在中性和酸性水溶液中的水解機(jī)理。結(jié)果表明酸性水溶液中纖維二糖水解至單糖的反應(yīng)過程引起的熱量變化更小，能壘更低，反應(yīng)條件更溫和，有利于纖維二糖及棉纖維的水解。然后以棉纖維、微晶纖維素和葡萄糖為生物質(zhì)纖維素模型，研究了三者在水熱條件下的結(jié)構(gòu)演變特性及反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，三者的水熱碳化產(chǎn)物具有相似的結(jié)構(gòu)與性能，葡萄糖是棉纖維水解碳化成球的重要中間產(chǎn)物。
　　綜合上述研究結(jié)果，棉纖維水熱碳

5、化的機(jī)理為，一部分棉纖維完全水解為葡萄糖并裂解形成晶核，晶核通過其表面均勻豐富的活性含氧官能團(tuán)連接單糖分子及糠醛類化合物，呈層狀包裹式生長，形成碳微球；另一部分棉纖維不完全水解形成的多糖低聚物在高溫高壓的水熱環(huán)境中發(fā)生葡萄糖環(huán)斷裂，并在大分子間或分子內(nèi)不斷發(fā)生脫水裂解反應(yīng)，使產(chǎn)物碳（C）含量提高，產(chǎn)物以不規(guī)則且相互粘結(jié)的顆粒物為主。
　　另外，本文全面考察了水熱條件下，不同反應(yīng)條件對滌綸水解率及產(chǎn)物對苯二甲酸（TPA）、乙二醇（E

6、G）產(chǎn)率的影響，發(fā)現(xiàn)滌綸在水熱溫度250℃、反應(yīng)時間6h、固液比1:10時水解率可達(dá)97.26%，TPA的產(chǎn)率為84.95%，TPA純度為98.25%。并在此基礎(chǔ)上對滌綸的水解機(jī)理進(jìn)行了完善，發(fā)現(xiàn)其水解的主要動力是亞臨界水提供的氫離子。
　　最后，根據(jù)棉纖維和滌綸纖維的水熱行為，研究了滌棉共存的水熱反應(yīng)體系中，棉纖維水熱碳化過程對滌綸水解率及產(chǎn)物回收率的影響規(guī)律，以及滌綸水解產(chǎn)物對苯二甲酸和乙二醇對棉纖維水熱碳化過程的影響規(guī)律，并