关键词:
大麻脱胶
光催化
ZnIn2S4
TiO2/CQDs
果胶酶
摘要:
在“双碳”目标的背景下,纺织行业越来越注重绿色低碳发展。化学纤维生产消耗大量能源,碳排放量增加,难以降解和回收利用,不符合绿色生态发展要求。生物质纤维以天然植物为原料,具有良好的生物降解性能,符合低碳生态需求,有利于保护生态环境。大麻纤维作为一种天然纤维材料,具备柔软、吸湿透气和抗菌等性能,因此被视为优异的纺织纤维原料。然而,其制备过程中的脱胶环节存在能耗较高的问题,成为制约其发展的主要障碍。传统脱胶工艺通常需要高温或高压条件,导致能耗和污染排放增加,与环境保护和可持续发展的要求不符。因此,寻找一种清洁、环保、高效的大麻纤维脱胶方法成为当前研究的重点。在这一背景下,光催化技术作为一种新型的绿色环保技术受到了广泛关注。与传统方法相比,光催化技术具有能耗低、无化学污染、操作简便等诸多优点,有望成为大麻纤维脱胶的理想选择。因此,本课题针对大麻纤维结构成分复杂、顽固性高以及传统脱胶工艺存在的问题,采用了ZnIn2S4-碱性和TiO2/CQDs-果胶酶两种光催化脱胶工艺制备大麻纤维。通过研究光催化处理对大麻纤维脱胶效率的影响和作用机理,旨在开发出清洁高效的光催化脱胶工艺。研究的主要内容如下:
(1)ZnIn2S4-碱性光催化对大麻纤维脱胶效率的影响和作用机理:研究了光照和ZnIn2S4光催化剂对大麻纤维化学组分和脱胶效率的影响;通过采用一系列表征对大麻纤维形态结构、木质素和ZnIn2S4的结构性质进行了系统分析,并探讨了ZnIn2S4-碱性光催化脱胶的作用机理。研究结果显示,ZnIn2S 4-碱性光催化处理展现出最佳的木质素和半纤维素去除效果,去除率分别达到71.6%和31.7%。光照和ZnIn2S 4光催化剂能氧化木质素形成羧基,促使木质素结构破坏和C-O或C-C键断裂。ZnIn2S 4进一步促进木质素解聚,减少β-O-4键和β-β键2 1.3%和3.4%。光催化处理改变了木质素结构,使光生空穴从木质素最高占据分子轨道(HOMO)转移到ZnIn2S 4的价带最大值(V B)位置。部分木质素充当光生空穴的牺牲剂,提高了超氧自由基(·O2-)含量,增进了纤维脱胶效率。
(2)TiO2/CQDs-果胶酶光催化对大麻纤维脱胶效率的影响和作用机理:为减少Na OH溶液的使用,解决ZnIn2S 4稳定性差等问题,选择环保无污染的果胶酶和稳定性好的TiO2/CQDs作为光催化工艺中的预处理试剂和光催化剂,进而研究了果胶酶和TiO2/CQDs光催化剂对大麻纤维化学组分和脱胶效率的影响。研究结果显示,TiO2/CQDs-果胶酶光催化处理展现出最佳的木质素和果胶去除效果(分别为53.5%和70.6%)。果胶酶能有效降解纤维表面的果胶,有助于TiO2/CQDs展现良好光催化效果,进一步去除木质素等胶质成分。此外,在TiO2/CQDs的光催化降解中,超氧自由基(·O2-)被证明是主要的活性物质。
(3)ZnIn2S4-碱性以及TiO2/CQDs-果胶酶光催化对脱胶纤维相关性能的影响:通过对脱胶后纤维的力学性能、亲水性、色度以及抗菌性等指标进行系统评估和深入分析,以确保符合纺织加工的要求。研究结果表明,ZnIn2S4-碱性以及TiO2/CQDs-果胶酶光催化脱胶纤维均满足国家标准性能指标。同时光催化脱胶纤维表现出良好的亲水性,同时降低了黄度指数。此外,纤维还在一定程度上抑制大肠杆菌的生长,具备一定的抗菌性能。